molÉculas de fusÃo e fatores … apresentada por juliana félix de melo molÉculas de fusÃo e...

102
MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS: EFEITO DA DESNUTRIÇÃO NEONATAL JULIANA FÉLIX DE MELO RECIFE/PE 2012

Upload: leque

Post on 08-Feb-2019

215 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS

EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES

ESQUELÉTICAS DE RATOS: EFEITO DA

DESNUTRIÇÃO NEONATAL

JULIANA FÉLIX DE MELO

RECIFE/PE

2012

Page 2: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

Thèse présentée

par

Juliana Félix de Melo

MOLÉCULES DE FUSION ET FACTEURS DE

TRANSCRIPTION DANS LES MACROPHAGES ET

CELLULES MUSCULAIRES SQUELETTIQUES DE

RATS: L’EFFET DE LA DÉNUTRITION NÉONATALE

Pour l’obtention du grade de Docteur de

l’Université de Technologie de Compiègne

(UTC) et de l’Université Fédérale de

Pernambuco (UFPE)

Thèse en co-tutelle dirigée par:

Marie-Danielle Nagel, UMR 6600, UTC – France

Muriel Vayssade, UMR 6600, UTC – France

Célia Maria Machado Barbosa de Castro, Departamento de Medicina Tropical,

UFPE - Brésil

RECIFE/PE

2012

Page 3: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

Tese apresentada

por

Juliana Félix de Melo

MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS

EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES

ESQUELÉTICAS DE RATOS: EFEITO DA

DESNUTRIÇÃO NEONATAL

Para obtenção do título de Doutor do

Programa de Pós-Graduação em Medicina

Tropical do Centro de Ciências da Saúde da

Universidade Federal de Pernambuco e da

Escola de Doutorado da Universidade de

Tecnologia de Compiègne

Tese co-tutela orientada por:

Célia Maria Machado Barbosa de Castro, Departamento de Medicina Tropical,

UFPE – Brasil

Marie-Danielle Nagel, UMR 6600, UTC – França

Muriel Vayssade, UMR 6600, UTC – França

RECIFE/PE

2012

Page 4: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

Melo, Juliana Félix de

Moléculas de fusão e fatores transcricionais em macrófagos e células musculares esqueléticas de ratos: efeito da desnutrição neonatal / Juliana Félix de Melo. – Recife: O Autor, 2012.

100 folhas: il., fig. ; 30 cm.

Orientador: Célia Maria Machado Barbosa de Castro. Tese (doutorado) – Universidade Federal de Pernambuco. CCS. Medicina Tropical, 2012.

Inclui bibliografia e anexos.

1. Desnutrição. 2. Fusão celular. 3. Macrófagos

alveolares. 4. Músculo esquelético. 5. Mioblastos. I. Castro,

Célia Maria Machado Barbosa de. II. Título.

UFPE 616.079 CDD (20.ed.) CS2012-058

Page 5: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:
Page 6: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO

CENTRO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM MEDICINA TROPICAL

REITOR

Anísio Brasileiro de Freitas Dourado

PRÓ-REITOR PARA ASSUNTOS DE PESQUISA E PÓS-GRADUAÇÃO

Francisco de Sousa Ramos

DIRETOR DO CENTRO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE

José Thadeu Pinheiro

COORDENADORA DO PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO

EM MEDICINA TROPICAL

Maria Rosângela Cunha Duarte Coêlho

VICE-COORDENADORA DO PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO

EM MEDICINA TROPICAL

Valdênia Maria Oliveira de Souza

CORPO DOCENTE

Ana Lúcia Coutinho Domingues

Célia Maria Machado Barbosa de Castro

Edmundo Pessoa de Almeida Lopes Neto

Fábio André Brayner dos Santos

Heloísa Ramos Lacerda de Melo

Maria Amélia Vieira Maciel

Maria de Fátima Pessoa Militão de Albuquerque

Maria do Amparo Andrade

Maria Rosângela Cunha Duarte Coêlho

Marli Tenório Cordeiro

Ricardo Arraes de Alencar Ximenes

Valdênia Maria Oliveira de Souza

Vera Magalhães da Silveira

Vlaúdia Maria Assis Costa

Page 7: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

DEDICATÓRIA

A DEUS, cuja presença traz-me sempre a

segurança necessária para enfrentar meu

caminho e seguir.

Aos meus pais, Maurílio Araújo Campelo de

Melo e Nadja Maria Félix dos Santos, por todo

o apoio e incentivo a mim dedicados.

À memória de meus avós: Adauto Campelo de

Melo e Onadir Araújo Campelo de Melo (Didi),

que apreciavam os estudos de forma

indescritível.

Page 8: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

AGRADECIMENTOS

À minha orientadora, Célia Maria Machado Barbosa de Castro: Muito obrigada por

todo incentivo e entusiasmo, pelas críticas sempre tão pertinentes e pela confiança sempre!!

Tenho orgulho de ser sua orientanda durante quase 10 anos!! Foi com você que aprendi a ter

ânimo e coragem para seguir minha trajetória na vida acadêmica!!

À minha orientadora, Marie Danielle Nagel: desde a minha chegada na UTC esteve

sempre presente e suas idéias foram fundamentais para o bom planejamento da pesquisa.

Merci pour tout Madame Nagel!! Ma profonde gratitude pour votre patience et vos précieux

conseils.

À pesquisadora Muriel Vayssade, pela disponibilidade e contribuição dada a esta tese.

Às professoras Maria Elizabeth Cavalcante Chaves e Carol Virginia Gois Leandro,

pelo inestimável apoio para realização dos experimentos e finalização dos artigos.

Às amigas Thacianna Costa, Danielle Moura, Adriana Andrade e Natália Cavalcanti,

pela importante contribuição que deram a este trabalho.

À Tamara De’Carli, pela amizade e apoio nos experimentos realizados no Centro de

Pesquisas Aggeu Magalhães.

À Christian Robson, do Centro de Pesquisas Aggeu Magalhães, pelos conselhos

pertinentes a esta pesquisa.

Ao Sr. Walter Leite Galdino e Alice Lourenço, pelo carinho dedicado e colaboração a

todos os alunos da Pós-Graduação em Medicina Tropical.

Ao veterinário Dr. Edeones França, pelos ensinamentos, amizade e apoio no manuseio

dos animais.

Page 9: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

Ao Sr. Paulino Ventura, in memorian, pelo apoio com os animais, e principalmente

pelo carinho e amizade que levarei comigo pra sempre. Obrigada por tudo Sr. Paulino!!!

À Roberta Leite, Karla Mônica e Prof. Raul Manhães, pelo apoio e esclarecimentos

prestados referentes à co-tutela.

Gostaria de agradecer a todos os funcionários, alunos e professores que conviveram

comigo no Laboratório de Imunopatologia Keizo Asami (LIKA), durante todo o período

enquanto estive pesquisando no Setor de Microbiologia, e em especial, àqueles que dedicaram

seu tempo, conhecimentos e entusiasmo a este trabalho: Alice Bezerra, André Galvão, Flávia

Regina, Thales Henrique, Thacianna Costa, Natália Morais, Maria do Amparo, Maria de

Fátima, Rafael Padilha, Gabriela Ayres, José Lamartine, Rosângela Coêlho, José Luiz, Fábio

Brayner, Liliane Melo, Rodrigo Fragoso, Érika Michelle, Rebecca Peixoto, Suzan Diniz,

Renata Raele, Guilherme Firmino, Guilherme Magalhães, Danielly Cantarelli, Ketlin Ribas,

Thays Almeida, Ana Valéria, Maiara Severo, Kedma Magalhães, Wylla Tatiana, Simone

Fraga, Felipe Viegas, Maria Helena, Edson Silva, Paulo Freitas, Otaviano Costa, Ilma Santos,

Roberto Afonso, Marcela Silvestre, Conceição Gomes, Monique Ferraz, Rosangela Rosendo,

Larissa Avelar, Mariana Arruda, Bruno Galvão, Carlos Weber, Américo Thomaz, António

Tony, Karla Melo, Bruno Sampaio, Solange Porto.

Aos colegas do doutorado, pelo companheirismo em todos os momentos.

À equipe da Université de Technologie de Compiègne: só tenho a agradecer por todo o

conhecimento e o crescimento que vocês me passaram!! Meus sinceros agradecimentos à

Nijez Aloulou, Pascale Vigneron, Jean-Luc Duval, Muriel Vayssade, Oumou Goundiam,

Marie-Charlotte Bernier, Véronique Belley-Vézina, Murielle Dufresne-Freville, Vanessa

Bleicher, Marie-José Fleury, Alain Le Verger, Odile Leclerc, Chantal Pérot, Catherine

Lacourt, Catherine Marque e Francis Canon.

Page 10: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

Aos professores da disciplina de Microbiologia e Imunologia da UFPE, pelo apoio e

incentivo.

Às amigas Kelly Feitosa, Fernanda César, Renata Fabiana, Alexandra Silvestre,

Amanda Mesquita, Ana Luiza e Ivana Porto, pelo incentivo e convivência desde a época da

graduação.

Aos meus familiares (tios, primos) por todo o carinho, em especial, aos meus avós

João Félix e Maria do Carmo (Carminha) sempre muito interessados em meus estudos.

À Antonio Ricardo e à Maria Augusta, pelo carinho e apoio em todos estes anos.

Aos meus pais, Maurílio Melo e Nadja dos Santos, pela compreensão, amor e

incentivo.

Às minhas irmãs: Marina, Marcela e Alice, pelo amor, amizade e carinho.

Ao Programa de Pós-Graduação em Medicina Tropical, ao Programa de Pós-

Graduação em Nutrição e à Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação da Universidade

Federal de Pernambuco, pela oportunidade de levar adiante minhas pesquisas através dos

auxílios financeiros prestados.

Ao Núcleo de Telessaúde da Universidade Federal de Pernambuco (NUTES/UFPE),

pelo apoio para a realização da videoconferência.

À Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) e ao

CAPESCOFECUB do Ministério da Educação e Cultura, pela concessão da bolsa de estudo.

A todos aqueles que, de forma direta ou indireta, contribuíram generosamente para a

concretização desta tese.

Page 11: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

“Penso que só há um caminho para a ciência ou para a filosofia: encontrar um

problema, ver a sua beleza e apaixonar-se por ele; casar e viver feliz com ele até que a

morte vos separe – a não ser que encontrem um outro problema ainda mais fascinante,

ou, evidentemente, a não ser que obtenham uma solução. Mas, mesmo que obtenham

uma solução, poderão então descobrir, para vosso deleite, a existência de toda uma

família de problemas-filhos, encantadores ainda que talvez difíceis, para cujo bem-

estar poderão trabalhar, com um sentido, até ao fim dos vossos dias.”

(Karl Popper)

“A mente que se abre a uma nova idéia jamais voltará ao seu tamanho original.”

(Albert Einstein)

Page 12: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

RESUMO

Nesta tese avaliamos os efeitos tardios da desnutrição neonatal sobre a expressão/produção de

moléculas de fusão e fatores transcricionais em macrófagos alveolares e células musculares

esqueléticas. Foram utilizados 36 ratos, machos, Wistar, amamentados por mães que

receberam dieta durante a lactação contendo 17% de caseína, grupo nutrido (N) ou 8% de

caseína, grupo desnutrido (D). Após o desmame, os animais foram recuperados com dieta

Labina ou Teklad Global, até 42 dias (n=12), 60 dias (n=12) e 90 dias de vida (n=12). Metade

destes animais (n=18) foi submetida a um procedimento cirúrgico de traqueostomia

objetivando a retirada de lavado broncoalveolar e posterior cultura dos macrófagos alveolares

por 4 dias. Da outra metade (n=18), foram retirados todos os músculos de ambas as patas dos

animais e realizada a cultura das células musculares esqueléticas durante 10 dias. Deste modo,

os resultados geraram dois artigos originais. O primeiro intitulado “Long-term effects of a

neonatal low-protein diet in rats on the number of macrophages in culture and the

expression/production of fusion proteins” permitiu observar que a desnutrição durante a

lactação alterou o número de macrófagos em cultura e a produção de proteínas de fusão em

ratos jovens e adultos, mas não modificou a expressão das moléculas de adesão caderinas. O

segundo intitulado “Effect of a neonatal low-protein diet on the morphology of myotubes in

culture and the expression of key proteins that regulate myogenesis in young and adult rats”

demonstrou que a desnutrição neonatal não modificou a expressão de proteínas-chaves do

processo miogênico, mas alterou a morfologia e reduziu o número dos miotubos em cultura de

animais com 60 dias de vida. Em conclusão, a desnutrição neonatal causou sequelas no

organismo jovem e adulto, mesmo após a reposição nutricional. Estas alterações foram

evidenciadas no desenvolvimento de macrófagos alveolares em cultura e na miogênese.

Palavras chaves: Desnutrição; “Programming”; Fusão de macrófago; Músculo esquelético;

Células satélites; Fusão de mioblasto.

Page 13: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

ABSTRACT

In this thesis, we evaluated the late effects of neonatal undernutrition on the

expression/production of fusion molecules and transcriptional factors in alveolar macrophages

and skeletal muscle cells. Thirty-six male Wistar rats were suckled by mothers fed diets

containing 17% casein, control group (C) or 8% casein, undernourished group (UN) during

lactation. After weaning, all animals received a normoproteic diet (Labina or Teklad Global),

at 42 days (n=12), 60 days (n=12) and 90 days (n=12). Half of these animals (n=18) were

submitted to a tracheostomy for the removal of bronchoalveolar lavage and subsequent culture

of alveolar macrophages for 4 days. In the other half (n = 18), all muscles of both legs were

removed and the skeletal muscle cells cultured for 10 days. This resulted in two original

articles. The first of these, entitled “Long-term effects of a neonatal low-protein diet in rats on

the number of macrophages in culture and the expression/production of fusion proteins”,

allowed us to observe that undernutrition during lactation altered the number of macrophages

in culture and the production of fusion proteins in young and adult rats, but did not modify the

expression of cadherin adhesion molecules. The second article, entitled “Effect of a neonatal

low-protein diet on the morphology of myotubes in culture and the expression of key proteins

that regulate myogenesis in young and adult rats”, demonstrated that neonatal undernutrition

did not modify the expression of key proteins of the myogenic process but altered the

morphology and reduced the number of myotubes in culture from 60-day-old rats. In

conclusion, neonatal undernutrition caused sequelae in young and adult organisms, even after

nutritional recovery. These changes were evidenced in the development of alveolar

macrophages in culture and myogenesis.

Keywords: Undernutrition; Programming; Macrophage fusion; Skeletal muscle; Satellite

cells; Myoblast fusion.

Page 14: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

RÉSUMÉ

Cette thèse en co-tutelle a été effectuée à l’Université de Technologie de Compiègne

(UTC - France) et à l’Université Fédérale de Pernambuco (UFPE - Brésil). En France, les

activités ont été réalisées dans l’unité de Biomécanique-Bioingénierie (CNRS UMR 6600) de

l’UTC, et au Brésil, dans le Laboratoire de Physiologie de la Nutrition Naíde Teodósio

(LAFINNT) du Département de Nutrition de l’UFPE, dans le Laboratoire

d’Immunopathologie Keizo Asami (LIKA-UFPE) et au sein du Centre de Recherche Aggeu

Magalhães (Fiocruz PE).

Une déficience nutritionnelle pendant la période critique du développement des systèmes

organiques, comme par exemple les systèmes immunitaire et musculaire squelettique, peut

générer des conséquences délétères au niveau structural et fonctionnel de ces systèmes chez

l’adulte (OZANNE et HALES, 2002 ; LUCAS, 2005).

Ainsi, il a été mis en évidence qu’une dénutrition protéino-calorique provoquait une

réduction de l’immunité à médiation cellulaire, de la fonction phagocytaire, de celle du

système du complément, de la production d'anticorps, de la libération de cytokines et de

l'expression des molécules d'adhésion cellulaire (CHANDRA, 2002 ; LANDGRAF et al.,

2005). Dans cette situation, les mécanismes de défense pulmonaire sont touchés avec une

diminution du nombre de macrophages alvéolaires (MA). De plus, plusieurs fonctions des

macrophages sont affectées par la dénutrition néonatale (MELO et al., 2008; FERREIRA E

SILVA et al., 2009). Pour combattre l’infection, les macrophages peuvent fusionner en

réponse à des agents pathogènes et corps étrangers, donnant lieu à des ostéoclastes (os) ou des

cellules géantes multinucléées (CGM) (dans divers tissus). Des études montrent que la E-

cadhérine contribue à la formation des CGM par l’intermédiaire de la cytokine IL-4

(MORENO et al., 2007; HELMING et GORDON, 2009). En plus de l’IL-4, l’interféron γ

(IFN-γ) peut également induire la formation des CGM (HELMING et GORDON, 2008,

2009).

D’autre part, une dénutrition précoce est capable de diminuer la capacité de différenciation

des cellules musculaires et de réduire le nombre de fibres présentes dans le muscle (WILSON

et al., 1988; BAYOL et al., 2004). Les rats dont les mères ont été dénutries par un régime à

Page 15: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

base de caséine 8% présentent une réduction du nombre de fibres musculaires et une

diminution de la formation de myotubes secondaires (WILSON et al., 1988). De plus, Bayol

et al. (2004) ont montré que la dénutrition pendant la gestation réduisait la cellularité dans le

muscle après 3 semaines de restauration nutritionnelle. Cependant, peu d’études ont été

consacrées à l’effet d’une dénutrition infligée pendant la période de lactation, sur les

propriétés des cellules musculaires de l’adulte.

Certaines molécules d'adhésion cellulaire telles que les cadhérines et les intégrines sont

importantes pour la première phase de fusion des cellules musculaires squelettiques

(myoblaste x myoblaste), conduisant à la néoformation de myotubes. Horsley et al. (2003) ont

démontré que ces myotubes primaires sécrétaient de l’IL-4, qui interagit avec son récepteur

(IL-4Rα) présent sur les myoblastes pour promouvoir leur fusion avec les myotubes

préexistants (myoblaste x myotube), augmentant ainsi la taille des myotubes. Les facteurs de

transcription Pax7 et myogénine sont importants pour le développement musculaire. Pax7 est

exprimé dans les cellules satellites quiescentes et en phase de prolifération (FOSCHINI et al.,

2004). La myogénine est exprimée dans tous les myoblastes depuis le début de leur

différenciation et son expression est maintenue lors de la fusion des cellules, marquant aussi la

fin de la prolifération des myoblastes (TE PAS et al., 1999).

Le but de notre étude a été de déterminer quelle influence pouvait, chez des rats jeunes et

adultes, avoir l’application d’un régime hypoprotéiné au cours de la période de lactation, sur

l’expression/production des molécules de fusion dans les macrophages alvéolaires et sur celle

de protéines-clés impliquées dans le développement et la différenciation des cellules

musculaires squelettiques.

Nous avons utilisé 36 rats, mâles, Wistar, allaités par des mères ayant été nourries avec

un régime contenant 17% de caséine dans le groupe contrôle (C) ou 8% de caséine dans le

groupe dénutri (D), pendant la période de l’allaitement. Après le sevrage, les animaux ont

été restaurés avec l’alimentation Labina ou de Teklad Global, jusqu’à 42 jours (n=12), 60

jours (n=12) et 90 jours (n=12). La moitié de ces animaux (n=18) a subi une trachéotomie

dans le but de pratiquer un lavage bronchoalvéolaire pour ensuite cultiver des macrophages

alvéolaires pendant 4 jours. L’autre moitié (n=18), a servi à prélever tous les muscles des

deux pattes postérieures de l’animal et à maintenir en culture les cellules musculaires

squelettiques pendant 10 jours. Le poids des rats a été enregistré tous les cinq jours pendant

Page 16: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

les 21 premiers jours après la naissance, puis une fois par semaine, afin de surveiller le gain

de poids pendant la phase de récupération nutritionnelle. Le nombre total de cellules a été

évalué indirectement par la libération de l’enzyme lactate déshydrogénase (LDH) après lyse

cellulaire provoquée. Nous avons examiné l’expression de Pan-cadhérine (dans les

macrophages) et de Pan-cadhérine, β1-intégrine, IL-4Rα, Pax7 et myogénine (dans les

cellules musculaires) par Western Blot. Les productions d’IL-4 (dans les macrophages et les

cellules musculaires) et IFN-γ (dans les macrophages) ont été mesurées par ELISA.

Les résultats de cette thèse sont rapportés dans (02) articles originaux. Le premier

(développé à l’UFPE) intitulé “Long-term effects of a neonatal low-protein diet in rats on

the number of macrophages in culture and the expression/production of fusion proteins”

indique que la dénutrition pendant la lactation affecte le nombre de macrophages dans les

cultures cellulaires et la production de protéines de fusion chez les rats jeunes et adultes,

mais ne modifie pas l’expression des cadhérines. Le deuxième (développé à l’UTC), intitulé

“Effect of a neonatal low-protein diet on the morphology of myotubes in culture and the

expression of key proteins that regulate myogenesis in young and adult rats” montre que la

dénutrition néonatale ne modifie pas l’expression de protéines clés du processus

myogénique mais change la morphologie et réduit le nombre de myotubes dans les cultures

obtenues à partir des animaux âgés de 60 jours. Des analyses complémentaires portant sur

les paramètres de contraction des myotubes mesurés chez les animaux dénutris et leurs

témoins ont été réalisées dans le cadre du projet de thèse de Simone Fraga.

En conclusion, la dénutrition néonatale provoque des séquelles chez les organismes

jeunes et adultes, même après restauration nutritionnelle. Ces changements observés à partir

de cultures cellulaires sont évidents dans le développement des macrophages alvéolaires et

dans la myogenèse.

Comme perspectives de ce travail, il peut être envisagé d’évaluer les repercussions de

la dénutrition induite dans la période pré-natale sur la fusion des macrophages et des cellules

musculaires squelettiques lorsque les animaux sont soumis à une activité physique, mais aussi

chez des animaux rendus septiques (durant l’infection on peut noter une perte de muscle

généralisée et l’activité physique pourrait moduler ce processus); de réaliser des co-cultures

de macrophages alvéolaires et de myotubes nouvellement formés et vérifier l’effet de la

dénutrition précoce sur l’index de fusion de ces cellules in vitro. En effet, selon Chargé

Page 17: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

(2003), la voie de signalisation qui active la fusion des cellules musculaires active aussi celle

des macrophages, ce qui suggère la possibilité de fusion illégitime entre macrophages et

myotubes.

Mots-clé: Dénutrition; “Programming”; Fusion de macrophage; Muscle squelettique; Cellules

satellites; Fusion de myoblastes.

RÉFÉRENCES

BAYOL, S. et al. The influence of undernutrition during gestation on skeletal muscle

cellularity and on the expression of genes that control muscle growth. Br. J. Nutr., v.91,

p.331-339, 2004.

CHANDRA, R.K. Nutrition and the immune system from birth to old age. Eur. J. Clin. Nutr.,

v.3, p.73-76, 2002.

CHARGÉ, S.B.P. Interleukine-4 et fusion des cellules musculaires. M/S., v.19 (12), p.1185-

1187, 2003.

FERREIRA E SILVA, W.T. et al. Perinatal Malnutrition Programs Sustained Alterations in

Nitric Oxide Released by Activated Macrophages in Response to Fluoxetine in Adult Rats.

Neuroimmunomodulation., v.16, p.219-227, 2009.

FOSCHINI, R.M.S.A.; RAMALHO, F.S.; BICAS, H.E.A. Myogenic satellite cells. Arq. Bras.

Oftalmol., v.67 (4), p.681-687, 2004.

HELMING, L.; GORDON, S. The molecular basis of macrophage fusion. Immunobiol, v.212,

p.785-793, 2008.

HELMING, L.; GORDON, S. Molecular mediators of macrophage fusion. Trends in Cell

Biology, v.19, p.514-522, 2009.

HORSLEY, V. et al. IL-4 acts as a myoblast recruitment factor during mammalian muscle

growth. Cell., v.113, p.483-494, 2003.

LANDGRAF, M.A.V. et al. Intrauterine undernutrition in rats interferes with leukocyte

migration, decreasing adhesion molecule expression in leukocytes and endothelial cells. J.

Nutr., v.135, p.1480-1485, 2005.

Page 18: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

LUCAS, A. Long-term programming effects of early nutrition -- implications for the preterm

infant. J Perinatol., v.25 (Sup. 2), p.S2-S6, 2005.

MELO, J.F. et al. Effect of neonatal malnutrition on cell recruitment and oxidant-antioxidant

activity of macrophages in endotoxemic adult rats. Rev. Nutr., v.21, p. 683-694, 2008.

MORENO, J.L. et al. IL-4 promotes the formation of multinucleated giant cells from

macrophage precursors by a STAT6-dependent, homotypic mechanism: contribution of E-

cadherin. J. Leukoc. Biol., v.82, p.1542–1553, 2007.

OZANNE, S.E.; HALES, C.N. Early programming of glucose-insulin metabolism. Trends

Endocrinol Metab., v.13 (9), p.368-373, 2002.

TE PAS, M.F. et al. Influences of myogenin genotypes on birth weight, growth rate, carcass

weight, backfat thickness, and lean weight of pigs. J. Anim. Sci., v.77, p.2352-2356, 1999.

WILSON, S.J.; ROSS, J.J.; HARRIS, A.J. A critical period for formation of secondary

myotubes defined by prenatal undernourishment in rats. Development, v.102, p.815-821,

1988.

Page 19: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

LISTA DE ILUSTRAÇÕES

FIGURAS:

Figura 1. Programação de macrófagos em um estado competente para a fusão......

Figura 2. Mecanismo molecular de fusão do macrófago .........................................

Figura 3. Fusão das células musculares esqueléticas...............................................

Figura 4. Grupos experimentais................................................................................

Figura 5. Coleta do lavado broncoalveolar...............................................................

Figura 6. Obtenção e cultura dos macrófagos..........................................................

Figura 7. Retirada dos músculos das patas dos ratos para cultura in vitro...............

Figura 8. Obtenção e cultura de células musculares esqueléticas............................

Artigo 1

Figure 1. Body weight of pups from mothers fed a low-protein diet (undernutrition,

casein 8%) or a control diet (casein 17%) during growth. Analysis was performed

every 5 days during lactation (n=9 in each group) and at 42, 60 and 90 days (n=3 in

each group). The values are presented as means + S.E.M. *p<0.05 compared with

control group using two-way ANOVA and Bonferroni’s post hoc test

…………………………...................................................................................................

Figure 2. Numbers of macrophages/well (0.33 cm2) after 4 days in culture (A:42-day-

old offspring; B:60-day-old offspring; C: 90-day-old offspring). Data were obtained

from LDH activity of adherent cells. Data are expressed as mean + S.E.M. n=18 in

each group.*p<0.05 unpaired Student’s t-test…………………………………………...

30

30

33

41

42

43

44

45

64

65

Page 20: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

LISTA DE ILUSTRAÇÕES

FIGURAS:

Artigo 1

Figure 3. IL-4 production in the supernatants of macrophages from 60 day-old

offspring, cultured for 4 days. Results were normalized to 108 cells. Data are represent

as mean + S.E.M. n=6 in each group. *p<0.05 Mann-Whitney test…………………….

Figure 4. Immunoblots of E (pan) cadherins in muscle cells from 60-day-old rats.

Muscle cells from control (C1, C2, C3) and undernourished offspring (UN1, UN2,

UN3) were cultured for 4 days. The lysates were separated by 7.5% SDS PAGE.

Actin was used as control for gel loading. The amount of cadherin relative to that

of actin is shown below. NS non-significant……………………………………………..

Figure 5. IFN-γ production in the supernatants of macrophages from 42 day-old

offspring (A), 60 day-old offspring (B) and 90 day-old offspring (C) cultured for 4

days. Results were normalized to 107 cells. Data are represent as mean + S.E.M. n=6

in each group. *p<0.05 Mann-Whitney test……………………………………………..

Artigo 2

Fig. 1 Body weight of pups from mothers fed a low-protein diet (undernutrition,

casein 8%) or a control diet (casein :17%) during growth. Analysis was performed

every five days during lactation (n=9 in each group), and at 42, 60 and 90 d (n=3 in

each group). The values are presented as means + S.E.M. p < 0.05 compared with

control group using two-way ANOVA and Bonferroni’s post hoc test………………..

66

67

68

73

Page 21: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

LISTA DE ILUSTRAÇÕES

FIGURAS:

Artigo 2

Fig. 2 Morphological observation of muscle cells in culture (a), and numbers of

muscle cells/well (0.33 cm2) (b) after 10 days in culture (60-day-old offspring).

Mothers were submitted to a control diet (C1, C2, C3) or a low-protein diet (UN1,

UN2, UN3) during lactation. a Cells were cultured in a differentiation medium (DM)

and observed at 10 days. Phase contrast objective 10x. Bar: 100 µm. b Data were

obtained from LDH activity of adherent cells. Data are expressed as mean + S.E.M.

n=18 in each group. *p<0.05 unpaired Student’s t-test. C, control group; UN,

undernourished group……………………………………………………………………

Fig. 3 Morphological analysis of muscle cells in culture (90 day old offspring).

Mother´s offspring were submitted to a control diet (C1, C2, C3) or a low-protein diet

(UN1, UN2, UN3) during lactation. Cells were cultured in a differentiation medium

(DM) and analyzed on the 10th

day. Phase contrast objective 10x. Bar:100

µm………………………………………………………….............................................

Fig. 4 Immunoblots of Pax7 and M-N (pan) cadherins in muscle cells – from 60-day-

old rats. Muscle cells from control (C1, C2, C3) and undernourished offspring (UN1,

UN2, UN3) were cultured for 4 days. The lysates were separated by 7.5% SDS PAGE.

Actin was used as control for gel loading. The amount of each factor relative to that of

actin is shown below. NS non-significant……………………………………………….

74

75

76

Page 22: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

LISTA DE TABELAS

Tabela 1. Composição das dietas experimentais à base de caseína (17% nutrido e 8%

desnutrido).........................................................................................................................

Artigo 1

Table 1. Composition of the diets (control 17% and low-protein 8%)…………………

Artigo 2

Table 1. Composition of the diets (control 17% and low-protein 8%)………………....

40

69

71

Page 23: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

AIN Instituto Americano de Nutrição

AM Macrófagos alveolares

BAL Lavado broncoalveolar

C Controle

CGM Células gigantes multinucleares

CNPq Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico

D Desnutrido

DM Meio de diferenciação

FAK Quinase de adesão focal

FAO Organização das Nações Unidas para Agricultura e Alimentação

FM Meio de fusão

IFN-ɣ Interferon-ɣ

IGF Fator de crescimento semelhante à insulina

IL Interleucina

IL-4Rα Receptor IL-4α

LAFINNT Laboratório de Fisiologia da Nutrição Naíde Teodósio

LBA Lavado broncoalveolar

LDH Lactato desidrogenase

LIKA Laboratório de Imunopatologia Keizo Asami

LPS Lipopolissacarídeo

MA Macrófagos alveolares

MGC Células gigantes multinucleares

MRFs Fatores regulatórios miogênicos

N Nutrido

NFATc2 Fator nuclear de ativação de células T

NS Não significante

PBS Tampão fosfato-salina

P-caderina Caderina placentária

Page 24: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

PCR Proteína C reativa

PGM Meio de crescimento primário

SDRA Síndrome do desconforto respiratório agudo

UFPE Universidade Federal de Pernambuco

UMR 6600 Unidade de Biomecânica-Bioengenharia

UN Desnutrido

UTC Universidade de Tecnologia de Compiègne

Page 25: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

SUMÁRIO

RESUMO

ABSTRACT

RÉSUMÉ

1. APRESENTAÇÃO........................................................................................................ 25

2. REVISAO DA LITERATURA.................................................................................... 27

3. HIPÓTESES.................................................................................................................. 37

4. OBJETIVOS.................................................................................................................. 38

4.1. Geral......................................................................................................................... 38

4.2. Específicos................................................................................................................ 38

5. MATERIAIS E MÉTODOS......................................................................................... 39

5.1. Desenho do estudo.................................................................................................... 39

5.2. Animais e dietas....................................................................................................... 39

5.3. Operacionalização da pesquisa................................................................................ 41

5.3.1 Peso corporal.................................................................................................. 41

5.3.2 Lavado broncoalveolar (LBA)........................................................................ 42

5.3.3 Cultura de macrófagos alveolares................................................................... 42

5.3.4 Isolamento e cultura de células musculares.................................................... 44

5.3.5 Western Blot................................................................................................... 46

5.3.6 ELISA............................................................................................................. 47

5.3.7 Número total de células.................................................................................. 47

5.4. Análise estatística.................................................................................................... 48

6. RESULTADOS.............................................................................................................. 49

6.1. ARTIGO 1

Long-term effects of a neonatal low-protein diet in rats on the number of macrophages

in culture and the expression/production of fusion proteins ..............................................49

Page 26: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

SUMÁRIO

6.2. ARTIGO 2

Effect of a neonatal low-protein diet on the morphology of myotubes in culture and

the expression of key proteins that regulate myogenesis in young and adult rats............... 70

7. CONCLUSÕES ............................................................................................................. 78

8. RECOMENDAÇÕES/PERSPECTIVAS.................................................................. 79

9. REFERÊNCIAS ........................................................................................................... 80

ANEXOS............................................................................................................................ 88

Anexo A – Aprovação do Comitê de Ética em Experimentação Animal da UFPE

Anexo B – Documentação do Artigo 1

Anexo C – Documentação do Artigo 2

Page 27: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

25

1. APRESENTAÇÃO

Este trabalho de tese em co-tutela foi realizado na Universidade de Tecnologia de

Compiègne (UTC - França) e na Universidade Federal de Pernambuco (UFPE - Brasil) no

âmbito do projeto: “Papel profilático da atividade física sobre as consequências da desnutrição

precoce na função miocitária e nas propriedades neuro-mecânicas do músculo esquelético”

(CAPES/COFECUB nº584/07). Na França, as atividades foram realizadas na unidade de

Biomecânica-Bioengenharia (UMR 6600) da UTC. No Brasil, no Laboratório de Fisiologia da

Nutrição Naíde Teodósio (LAFINNT) do Departamento de Nutrição da UFPE, no Laboratório

de Imunopatologia Keizo Asami (LIKA-UFPE) e no Centro de Pesquisas Aggeu Magalhães

(Fiocruz PE).

O interesse por esse estudo surgiu quando foram avaliados os dados obtidos da

Dissertação de Mestrado “Atividade oxidante-antioxidante de macrófagos alveolares em ratos

endotoxêmicos submetidos à desnutrição neonatal” apresentada por mim à banca examinadora

do Curso de Pós-graduação em Medicina Tropical da Universidade Federal de Pernambuco

(Melo, 2007). Dentre os achados da pesquisa, foi observado que a desnutrição neonatal,

mesmo seguida de reposição nutricional, comprometeu a resposta inflamatória pulmonar de

ratos adultos, diminuindo o recrutamento de células inflamatórias para o pulmão e a atividade

oxidante-antioxidante dos macrófagos alveolares. Assim, surgiu a curiosidade de realizar um

estudo envolvendo não só células imunes, mas que pudesse aprofundar os mecanismos

envolvidos na programação nutricional também com células não imunes como as células

musculares esqueléticas. Parece haver um maior envolvimento da disfunção de células

musculares esqueléticas e fusão de macrófagos durante os estados sépticos. Além disso,

despertou-se o interesse em entender melhor esses mecanismos também em ratos mais jovens

e não somente em ratos adultos.

Os resultados desta tese se encontram apresentados na forma de (02) artigos:

O Artigo 1: avalia o efeito da desnutrição neonatal sobre o número de macrófagos em

cultura e a expressão/produção de proteínas que regulam a fusão macrofágica em

ratos jovens e adultos. Tal artigo foi intitulado: “Long-term effects of a neonatal low-

protein diet in rats on the number of macrophages in culture and the

Page 28: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

26

expression/production of fusion proteins”. Enviado para publicação como artigo

original ao periódico British Journal of Nutrition.

O Artigo 2: Neste, foi avaliado o efeito da desnutrição neonatal sobre a morfologia de

miotubos em cultura e a expressão de proteínas-chaves que regulam a miogênese em

ratos jovens e adultos. Publicado como artigo original no European Journal of

Nutrition: MELO, J. F., Aloulou, Nijez, Duval, Jean-Luc, Vigneron, Pascale,

Bourgoin, Lee, Leandro, Carol Góis, Castro, Celia M. M. B., Nagel, Marie-Danielle.

Effect of a neonatal low-protein diet on the morphology of myotubes in culture and the

expression of key proteins that regulate myogenesis in young and adult rats. European

Journal of Nutrition 50: 243-250, 2011.

Page 29: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

27

2. REVISÃO DA LITERATURA

2.1 Processo inflamatório/infeccioso: papel dos macrófagos

Os mecanismos de resistência do hospedeiro podem ser divididos em duas vias principais:

a resposta imune específica e a resposta imune inespecífica. As defesas inespecíficas incluem

a pele, as membranas mucosas, células fagocíticas, muco, epitélio ciliar, sistema

complemento, lisozima, interferon e outros fatores humorais (CHANDRA, 1997). Esses

processos inatos, do qual faz parte a reação inflamatória, estão naturalmente presentes, agem

como a primeira linha de proteção e retardam o estabelecimento de manifestações infecciosas

(CHANDRA, 1997).

A inflamação é definida clinicamente pela associação dos quatro sinais: tumor, rubor,

calor e dor. No que diz respeito aos tecidos, esses sinais são consequência de uma

vasodilatação, do aumento da permeabilidade vascular e de um afluxo de células fagocitárias

(DE CASTRO et al., 1997). No foco de injúria tecidual, fatores quimiotáticos atraem células

sanguíneas que, por diapedese, atravessam a barreira endotelial. Dentre estas células, os

neutrófilos estão em maior número, seguidos dos monócitos que se transformam em

macrófagos nos tecidos.

Os macrófagos são fagócitos que participam ativamente na defesa do hospedeiro frente às

infecções. Têm a capacidade de internalizar partículas inertes, células alteradas do indivíduo,

micro-organismos e parasitas. Dessa forma, a fagocitose constitui um dos principais

fenômenos que ocorrem no processo inflamatório.

Além de apresentarem uma alta capacidade fagocítica, os macrófagos são as células mais

frequentes dentre as que residem no pulmão (RUFINO e SILVA, 2006). São derivados da

medula óssea, pertencem ao sistema dos fagócitos mononucleares e constituem a segunda

maior população celular do sistema imune. Após o contato com o agente agressor, agem

liberando citocinas (MÁRTON e KISS, 2000) e outros potentes produtos microbicidas que

são responsáveis pela destruição dos micro-organismos fagocitados (AMERSFOORT et al.,

2003).

Em geral, os eventos que decorrem da sepse e do choque séptico são causados por

endotoxinas produzidas por bacilos Gram negativos. Essas substâncias se localizam na parte

Page 30: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

28

externa da membrana bacteriana e são liberadas a partir da sua replicação e/ou morte (KLEIN

et al., 2011). A endotoxemia aguda, caracterizada por altos níveis de endotoxina no sangue,

causa reação inflamatória com injúria endotelial, hipotensão, falência múltipla dos órgãos e

morte (SUNIL et al., 2002).

Dentre os órgãos envolvidos no choque séptico, o pulmão é o primeiro a ser atingido

(D’ACAMPORA et al., 2001). Durante a endotoxemia, as complicações pulmonares,

incluindo edema pulmonar e falência respiratória, são a maior causa de morbi-mortalidade em

pacientes sépticos (WANG et al., 1994). O lipopolissacarídeo (LPS) ativa macrófagos e com

isto, induz a produção e liberação de inúmeras citocinas (MENG e LOWELL, 1997;

WEINSTEIN et al., 2000). Estas substâncias induzem a resposta de fase aguda da inflamação

e capacitam o sistema imune para uma atividade rápida frente aos processos infecciosos.

2.2 Fusão de macrófagos

Os macrófagos estão presentes em todos os tecidos do corpo e, no combate à infecção,

podem fusionar entre si em resposta à patógenos e materiais estranhos dando origem aos

osteoclastos (no osso) ou às células gigantes multinucleares (CGM) (em vários tecidos).

Também podem fusionar com células somáticas e tumorais (VIGNERY, 2005). Nas

alterações teciduais, os osteoclastos e as células gigantes exercem suas funções na osteoporose

e nas doenças inflamatórias crônicas, respectivamente. A formação destas últimas é conhecida

por aumentar a capacidade defensiva dos macrófagos (MACLAUCHLAN et al., 2009).

Os mecanismos moleculares que permitem a fusão dos macrófagos entre eles ainda são

pouco conhecidos (VIGNERY, 2005). Algumas moléculas têm sido implicadas nesse

processo o qual pode envolver a ação de glicoproteínas, como as caderinas, que medeiam a

fixação da membrana e fusão. Além disso, a fusão entre os macrófagos pode ser induzida por

mediadores solúveis como citocinas e fatores de crescimento (HELMING e GORDON, 2008).

As caderinas representam uma família de moléculas de adesão celular transmembranares,

dependentes do cálcio, que se ligam através de ligações homofílicas. São importantes não

apenas no estabelecimento e manutenção das uniões intercelulares, mas também na

determinação da especificidade adesiva das células (CAVALCANTE, 2008). Geralmente,

células com poucas moléculas de caderina apresentam menor adesividade. O cálcio é

Page 31: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

29

essencial para a função adesiva das caderinas e na proteção contra a digestão pelas proteases

(WHEELOCK e JOHNSON, 2003; CAVALCANTE, 2008).

As caderinas são divididas em subclasses de acordo com sua distribuição tecidual. A

nomenclatura deriva-se do tecido no qual estas glicoproteínas foram inicialmente

identificadas. A E-caderina foi inicialmente identificada em células epiteliais. A caderina

placentária (P-caderina) foi encontrada inicialmente em placenta e no epitélio, embora possa

ser expressa em outros tecidos durante o desenvolvimento (CAVALCANTE, 2008). Os

anticorpos de amplo espectro anti-pan caderinas são capazes de detectar diversos tipos de

caderinas a partir de células em cultura.

Estudos mostram que a E-caderina contribui para a formação das CGM por intermédio da

citocina anti-inflamatória IL-4 (MORENO et al., 2007; HELMING e GORDON, 2009). Esta

citocina é secretada por várias células imunes (MARTINEZ et al., 2009), incluindo os

macrófagos (FERNANDEZ-BOYANAPALLI et al., 2009). Há mais de 10 anos já vem sendo

mostrado que a IL-4 induz a formação das CGM in vitro (McINNES e RENNICK, 1988;

McNALLY e ANDERSON, 1995). Moreno et al. (2007) demonstraram que a IL-4 contribui

para um aumento na expressão de E-caderina, e consequentemente, aumento da formação de

CGM in vitro.

Segundo Helming e Gordon (2009), para se tornarem multinucleares, os macrófagos

precisam adquirir um estado de competência para a fusão. Isso acontece através da ação de

estímulos endógenos e exógenos. Após se ligar ao receptor IL-4 de cadeia α, a IL-4 induz a

competência para a fusão através da ativação do fator de transcrição STAT6 como também

pelo contato macrófago-macrófago (Figuras 1 e 2) . Somente após isso é que se dá a adesão

entre as células mediada pela E-caderina (Figura 2). Além da IL-4, outras citocinas como IL-

13 e interferon-γ (IFN-γ) também podem induzir a formação das CGM (HELMING e

GORDON, 2008, 2009). Esta última tem um papel na ativação dos macrófagos, porém pouco

ainda se sabe sobre os mecanismos envolvidos nesse processo de fusão.

Page 32: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

30

Figura 1. Programação de macrófagos em um estado

competente para a fusão. Fonte: Helming e Gordon, 2009

Figura 2. Mecanismo molecular de fusão do macrófago.

Fonte: Helming e Gordon, 2009

Page 33: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

31

2.3 Infecção e comprometimento do músculo esquelético

Em condições normais, a massa muscular é mantida pelo balanço entre síntese e

degradação protéicas e a perda do músculo pode ocorrer em qualquer situação que perturbe

este equilíbrio. Durante a infecção e trauma grave a proteína muscular sofre proteólise, sendo

rapidamente mobilizada para atender às necessidades de defesa orgânica na síntese de

proteínas de fase aguda como a proteína C reativa (PCR), anticorpos e imunoglobulinas, entre

outros (BURET, 2008; FEFERBAUN et al., 2009).

A perda da massa muscular é comumente vista em pacientes sépticos e com febre.

Nestes, ocorre uma perda marcante de peso e de proteína corporal, além de uma perda de

músculo generalizada (HASSELGREN e FISCHER, 1998). Câncer e AIDS são doenças

associadas com perda significante do músculo, e o desenvolvimento da disfunção muscular

está associada a uma resposta deficitária ao tratamento (MUSCARITOLI et al., 2006;

SUPINSKI e CALLAHAN, 2007).

O prejuízo na capacidade funcional do músculo esquelético é uma das principais causas

de morbidade em pacientes com doenças agudas e crônicas tais como pneumonia, infecções

generalizadas que causam bacteremia, síndrome do desconforto respiratório agudo (SDRA),

uremia, trauma, entre outras (SUPINSKI e CALLAHAN, 2007). Nessas situações, a

deficiência nutricional pode contribuir para a perda do músculo e a inflamação sistêmica pode

ser o fator chave causador da disfunção do músculo esquelético. Os níveis circulantes de

várias citocinas estão aumentados em pacientes com sepse (BELPERIO et al., 2006;

CONRAADS, 2006).

Em animais experimentais, a administração de citocinas, como também a indução de

produção, têm sido implicadas em causar perda muscular (BUCK e CHOJKIER, 1996;

SUPINSKI e CALLAHAN, 2007). De acordo com Li et al. (2003), a incubação de linhagens

celulares musculares com citocinas causa uma perda de proteínas celulares. Estudos mostram

que a administração de Streptococcus pneumoniae (RUFF e SECRIST, 1984) ou endotoxina

de Escherichia coli (FRICK et al., 2008) é responsável pela perda significante de massa

muscular e também pela quebra mais rápida das proteínas musculares em ratos.

Page 34: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

32

2.4 Células musculares esqueléticas e processo de fusão na formação da fibra

O sistema muscular esquelético constitui a maior parte da musculatura do corpo.

As células satélites musculares são uma população de células miogênicas, mononucleares e

indiferenciadas. Essas células estão presentes no músculo esquelético e estão associadas a

todos os tipos de fibras musculares. Quando cultivadas in vitro, podem ser caracterizadas

através da expressão do gene Pax7 (CHARGÉ e RUDNICKI, 2004). O Pax7 é um fator de

transcrição importante para o desenvolvimento do músculo e é expresso em células satélites

quiescentes e em proliferação (FOSCHINI et al., 2004). Após proliferarem em resposta a

estímulos fisiológicos, as células satélites dão origem à mioblastos que se diferenciam e

fusionam.

Os mioblastos, que são as células precursoras das fibras musculares esqueléticas, se

fusionam em duas fases. Na primeira fase (mioblasto x mioblasto), os mioblastos

diferenciados se fusionam para formação de um miotubo primário com um número limitado

de núcleos. Na segunda fase de fusão (mioblasto x miotubo), os mioblastos se fusionam com

os miotubos primários originando os miotubos secundários ou maduros (PAVLATH e

HORSLEY, 2003) (Figura 3).

Existem moléculas de adesão celular, como caderinas e integrinas, que são importantes

para a fusão das células musculares esqueléticas. As caderinas são proteínas

transmembranares dependentes do cálcio que conferem a adesão entre células vizinhas

(ANGST et al., 2001). As N e M caderinas são cruciais para a fusão dos mioblastos em

mamíferos. (MEGE et al., 1992; WRÓBEL et al., 2007).

As integrinas são proteínas de membrana envolvidas em diversos processos biológicos

como embriogênese, inflamação e agregação plaquetária (BUTERA WADSWORTH, 2003).

São proteínas heterodiméricas, originalmente conhecidas como receptores para moléculas da

matriz extracelular. Também medeiam a adesão célula-célula por se ligarem através de

ligações heterotípicas a membros da superfamília das imunoglobulinas (CAVALCANTE,

2008). De acordo com Schwander et al. (2003), as integrinas β1, que estão localizadas na

superfície dos mioblastos, exercem um papel importante na fusão dessas células.

Estudos vêm mostrando o papel de efetores que fazem parte da resposta imune sobre a

proliferação dos mioblastos (CHARGÉ, 2003). Em trabalhos realizados por Horsley et al.

Page 35: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

33

(2003), confirmou-se a atuação da IL-4 sobre proliferação e fusão durante a regeneração

muscular. Trata-se da primeira demonstração da expressão de IL-4 por uma célula não imune.

O estudo de Horsley et al. (2003) implica a via de sinalização de NFATc2 (fator nuclear de

ativação de células T) como responsável pela ativação do gene interleucina 4 (IL-4) e

consequente fusão de células musculares (mioblasto x miotubo) através da interação desta

citocina, produzida pelo miotubo primário, com o seu receptor (IL-4Rα) presente sobre os

mioblastos. Segundo Chargé (2003), a mesma via de sinalização que ativa a fusão de células

musculares também atua na fusão de macrófagos, o que sugere a possibilidade de uma fusão

ilegítima entre macrófagos e miotubos.

A formação da fibra muscular também depende da presença de um fator de transcrição

chamado miogenina. Essa proteína é expressa em todos os mioblastos a partir do início da

diferenciação e sua expressão continua durante a fusão celular, marcando também o final da

proliferação dos mioblastos (TE PAS et al., 1999). De acordo com Isobe et al. (1998), a

expressão da miogenina é necessária em várias etapas da maturação, mesmo após a formação

do miotubo.

Figura 3. Fusão das células musculares esqueléticas. Fonte: Chargé, 2003

Page 36: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

34

2.5 Desnutrição e sistema imune

A deficiência nutricional durante o período crítico de desenvolvimento dos sistemas de

homeostase, entre eles o sistema imune, é capaz de interferir na formação de processos

essenciais para a defesa do hospedeiro frente às infecções. Nessa etapa da vida, agressões

nutricionais poderão alterar o padrão de eventos celulares, com consequências deletérias tanto

na aquisição de padrões fisiológicos maduros do organismo (BORBA et al., 2000) quanto para

a ocorrência de eventos metabólicos (OZANNE e HALES, 2002; LUCAS, 2005).

Informações epidemiológicas mostram que a desnutrição protéica é um problema de saúde

pública que há tempos acomete grande parcela da população mundial, principalmente nos

países em desenvolvimento (GUBERNATIS, 2006; FAO, 2010). Segundo dados da

Organização das Nações Unidas para Agricultura e Alimentação (FAO), o número de pessoas

desnutridas no mundo chegou a 965 milhões em 2010 (FAO, 2010). No entanto, a evolução

do estado nutricional da população brasileira passou por um processo de transição nos últimos

anos. Ocorreu um declínio da prevalência de desnutrição infantil e elevação da prevalência de

sobrepeso/obesidade em adultos. (BATISTA FILHO e RISSIN, 2003). A desnutrição durante

o período crítico de desenvolvimento dos sistemas orgânicos vem sendo apontada como um

dos principais fatores não genéticos implicados na etiologia de doenças infecciosas e outras,

como por exemplo, diabetes tipo II e obesidade (BARKER, 2003). De acordo com Lucas

(2005), o termo programação vem sendo utilizado há alguns anos para explicar os eventos que

atuam num período crítico ou susceptível do desenvolvimento e as consequências na estrutura

ou função do organismo na vida adulta.

A desnutrição calórico-protéica está associada com a redução da imunidade mediada por

células, da função fagocítica, do sistema complemento, da produção de anticorpos e da

secreção e liberação de citocinas (CHANDRA, 2002). Nessa situação, os mecanismos de

defesa pulmonares são afetados com diminuição no número de macrófagos alveolares (MA)

(MELO et al., 2008; Ferreira e Silva et al., 2009). Além disso, várias funções dos macrófagos

encontram-se comprometidas (MELO et al., 2008; FERREIRA E SILVA et al., 2009). Estas

células, quando ativadas por endotoxinas, liberam produtos microbicidas que são responsáveis

pela destruição dos micro-organismos fagocitados (MEYER et al., 1994; AMERSFOORT et

al., 2003).

Page 37: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

35

Tem aumentado o interesse dos cientistas pelos eventuais efeitos da privação de alimentos

sobre a função imune (ALLENDE et al., 1998). Dados epidemiológicos e clínicos sugerem

que deficiências nutricionais alteram a imunocompetência e aumentam o risco de infecções. A

desnutrição pode acarretar prejuízos na imunidade celular, mediada por células, e na

imunidade humoral, mediada pela produção de anticorpos, além de prejuízo nas funções dos

macrófagos e na atividade dos neutrófilos (CHANDRA, 1997).

Estudos realizados pelo nosso grupo de pesquisa (MELO et al., 2008; FERREIRA E

SILVA et al., 2009) demonstraram que a desnutrição precoce reduz o número de macrófagos

alveolares e compromete a atividade oxidante dessas células em ratos adultos. Várias funções

dos macrófagos encontram-se comprometidas na desnutrição (MELO et al., 2008;

FERREIRA E SILVA et al., 2009). Além disso, estudos mostram que a deficiência nutricional

causa uma redução na produção de anticorpos, na liberação de citocinas e na expressão de

moléculas de adesão celular (CHANDRA, 2002; LANDGRAF et al., 2005).

2.6 Desnutrição e suas repercussões no sistema muscular esquelético

Estudos recentes têm contribuído para o esclarecimento de alterações energéticas na

célula muscular decorrentes da desnutrição como, por exemplo, depleção enzimática,

disfunção mitocondrial, fosforilação oxidativa prejudicada e potencial de membrana celular

alterado (KRISTINA et al., 2005).

A desnutrição precoce é capaz de diminuir a capacidade de diferenciação de células

musculares e de reduzir o número de fibras presentes no músculo (WILSON et al., 1988;

BAYOL et al., 2004). Ratos cujas mães foram desnutridas com dieta à base de caseína 8%

apresentaram uma redução no número de fibras musculares e uma diminuição na formação de

miotubos secundários (WILSON et al., 1988). Ainda, Bayol et al. (2004) demonstraram que a

desnutrição no período gestacional reduziu a celularidade no músculo após 3 semanas de

reposição nutricional. Contudo, pouco tem sido pesquisado sobre o efeito da desnutrição

somente durante a lactação no desenvolvimento do músculo esquelético.

O processo miogênico é regulado por fatores de transcrição, como: Pax3/Pax7 e

fatores regulatórios miogênicos, como: MyoD, miogenina, Myf5 e Myf6 envolvidos

diretamente na formação dos músculos (COSSU et al., 1996). Segundo Halevy et al. (2003), a

Page 38: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

36

restrição alimentar diminui a expressão dos marcadores da linhagem miogênica Pax7 e

miogenina. De acordo com Landgraf et al. (2005), ocorre uma redução da expressão de

moléculas de adesão celular em ratos adultos jovens que foram desnutridos no período

gestacional.

Apesar de existirem muitos estudos sobre o efeito da desnutrição sobre os sistemas

biológicos, ainda há muito a ser investigado a cerca do seu efeito tardio após reposição

nutricional sobre funções de células que atuam em conjunto no processo

inflamatório/infeccioso. Diante disso, a realização de trabalhos experimentais utilizando

modelos de desnutrição neonatal pode esclarecer os questionamentos a respeito do impacto

que este modelo pode causar na fusão de células macrofágicas e miocitárias no organismo

jovem e adulto. Isto pode auxiliar na compreensão do processo inflamatório/infeccioso nestes

organismos e, desta forma, contribuir na definição de estratégias adequadas para o controle

das doenças infecciosas.

Page 39: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

37

3. HIPÓTESES

A desnutrição neonatal, seguida de reposição nutricional, causa na idade jovem e

adulta do animal:

Redução na expressão das moléculas de fusão Pan-caderina de macrófagos

alveolares e de células musculares esqueléticas;

Redução na expressão das moléculas de fusão β1-integrina e IL-4Rα em células

musculares esqueléticas;

Redução na produção de IL-4 por macrófagos alveolares e células musculares

esqueléticas;

Redução na produção de IFN-γ por macrófagos alveolares;

Redução na expressão dos fatores transcricionais Pax7 e miogenina (marcadores

da linhagem miogênica);

Redução do número de células totais através da diminuição na liberação de lactato

desidrogenase (LDH) por macrófagos alveolares e células musculares esqueléticas.

Page 40: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

38

4. OBJETIVOS

4.1 Geral

Avaliar a expressão/produção de moléculas de fusão e fatores transcricionais em

macrófagos alveolares e células musculares esqueléticas de ratos jovens e adultos

submetidos à desnutrição neonatal.

4.2 Específicos

Comparar entre grupos de ratos nutridos e desnutridos no período neonatal

seguidos de reposição nutricional:

Expressão de Pan-caderina de macrófagos alveolares e de células musculares

esqueléticas em cultura;

Expressão de β1-integrina de mioblastos em cultura;

Expressão de IL-4Rα de mioblastos em cultura;

Níveis de IL-4 em sobrenadantes de cultura de macrófagos alveolares e miotubos;

Níveis de IFN-γ em sobrenadantes de cultura de macrófagos alveolares;

Expressão dos marcadores da linhagem miogênica Pax7 e miogenina;

Quantidade de células através dos níveis de lactato desidrogenase (LDH) em

sobrenadantes de cultura de macrófagos alveolares e de células musculares

esqueléticas.

Page 41: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

39

5. MATERIAIS E MÉTODOS

5.1 Desenho do estudo

Trata-se de um estudo do tipo experimental. A escolha desse desenho metodológico

foi determinada pela grande comparabilidade entre os grupos em termos de variáveis de

confundimento e facilidade na formação do grupo controle. A comparabilidade é garantida

pela homogeneidade que os grupos apresentam quanto à idade, sexo, raça, tipo de dieta, etc.

5.2 Animais e dietas

Foram utilizados 18 ratos machos, albinos, da linhagem Wistar, provenientes da

colônia de criação do Departamento de Nutrição da Universidade Federal de Pernambuco

(UFPE) e 18 animais do Centre d’élevage Dépré (Saint-Doulchard, France). Os ratos foram

mantidos no biotério sob temperatura de 23 20C, ciclo claro-escuro de 12:12 h (com luzes

acesas às 6 h), recebendo ad libitum as respectivas rações e água até o início dos

experimentos.

Ratos com mais de 90 dias de idade foram acasalados pelo sistema poligâmico ou

harém, com a combinação de 1 macho/2 ou 3 fêmeas alojados em gaiolas de polipropileno

(49x34x16cm). Para obtenção dos animais experimentais, após o nascimento, o número de

filhotes por mãe foi padronizado em 6. Isto foi obtido reduzindo-se as proles ou

acrescentando-lhes animais da mesma idade, provenientes de outras ninhadas de forma que os

filhotes fossem distribuídos aleatoriamente entre as ninhadas do estudo. Após o nascimento

dos animais, estes foram divididos em 2 grupos de acordo com a dieta materna durante os

primeiros 21 dias pós-natais (período de aleitamento): Nutrido (N) (n=9) com dieta

normoprotéica à base de caseína a 17% (AIN 93G) (Tabela 1), e Desnutrido (D) (n=9) com

dieta experimental hipoprotéica à base de caseína a 8% (AIN 93G) (Tabela 1). Após o

desmame, os filhotes foram separados de suas mães, mantidos em gaiolas coletivas (contendo

3 animais cada), e receberam a dieta do biotério (LABINA – Purina do Brasil S/A ou

Page 42: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

40

TEKLAD GLOBAL – Harlen Teklad) até completarem 42 dias (n=6), 60 dias (n=6) e 90 dias

de vida (n=6) (Figura 4).

Tabela 1. Composição das dietas experimentais à base de caseína (17% nutrido e

8% desnutrido)

Ingredientes Quantidade para 1 Kg de dieta

8% 17%

Caseína 79,3 g 179,3 g

Mistura vitamínica 10 g 10 g

Mistura mineral 35 g 35 g

Celulose 50 g 50 g

Bitartarato de colina 2,5 g 2,5 g

DL-Metionina 3,0 g 3,0 g

Óleo de soja 70 mL 70 mL

Amido de milho 750,2 g 650,2 g

* Composição das dietas segundo a AIN-93G – Reeves et al., 1993

Page 43: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

41

Figura 4- Grupos experimentais

5.3 Operacionalização da pesquisa

5.3.1 Peso Corporal

Durante os primeiros 21 dias após o nascimento, foram registrados a cada cinco dias

os pesos corporais de cada animal, a fim de acompanhar o peso durante a manipulação

nutricional. A partir do 22 dia de vida até o final do experimento, o peso foi aferido 1 vez

por semana, objetivando acompanhar a evolução ponderal durante a fase de reposição

nutricional dos animais.

Nutrido (N) Desnutrido (D)

18 ratos machos

3

3

3

3

3

3

42 dias

60 dias

90 dias

17% caseína 8% caseína

LABINA ou

TEKLAD GLOBAL

ALEITAMENTO% caseína

Page 44: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

42

5.3.2 Lavado broncoalveolar (LBA)

O lavado broncoalveolar foi obtido de acordo com a técnica utilizada por De Castro et

al. (1995). Os animais foram anestesiados com ketamina (45,2 mg/kg) e xilazina (6,8 mg/kg)

via intramuscular. Em seguida, o LBA foi coletado com a injeção de salina a 0,9% através de

uma cânula plástica inserida na traquéia (Figura 5). Várias alíquotas de 3 mL foram injetadas

e coletadas em tubos cônicos de polipropileno de 50 mL (Falcon, Sigma). Foi recuperado

aproximadamente 30 mL de LBA para cada animal.

Figura 5- Coleta do lavado broncoalveolar

5.3.3 Cultura de macrófagos alveolares

O LBA recolhido foi centrifugado a 450 g durante 15min. O precipitado que

corresponde às células foi ressuspendido em meio de cultura (RPMI 1640, Gibco-Invitrogen

Corporation) contendo soro fetal bovino (3%, Gibco-Invitrogen Corporation) e antibióticos

(penicilina 100U/mL e estreptomicina 100µg/mL). As células foram transferidas para placas

de cultura de 35 mm de diâmetro (6 poços, Falcon), onde foram dispensados 2 mL da

Page 45: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

43

suspensão em uma proporção de 8x105

células/mL de RPMI 1640 em cada poço. Em placas

de cultura de 96 poços (0,33cm2/poço), foram depositadas 8x10

3 células/poço em um volume

final de 100µL de RPMI 1640 para determinação do número total de células. Após 1h na

incubadora a 37°C e 5% CO2, o sobrenadante com as células não aderentes foi desprezado e

foi adicionado 2 mL (placas 6 poços) e 100µL (placas 96 poços) de meio RPMI deixando-se

as placas por 4 dias em incubadora (Figura 6). O meio RPMI foi trocado a cada 2 dias

durante esse período de cultura, e os macrófagos foram estimulados in vitro com LPS

(sorotipo de Escherichia coli; 055:B5, Sigma) na dose de 10µg/mL em NaCl a 0,9% por 24

horas no 3º dia de cultura.

Queirós-Santos, 2000

Incubação à 37 C, 5% CO2

durante 4 dias

1.600.000 células/poço

Câmara de Neubauer

No 3 dia de cultura, as células foram

estimuladas in vitro com LPS (sorotipo

de Escherichia coli; 055:B5, Sigma)

na dose de 10µg/mL de NaCl a 0,9%

por 24 horas.8.000 células/poço

Figura 6- Obtenção e cultura dos macrófagos

Page 46: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

44

5.3.4 Isolamento e cultura de células musculares

Todos os músculos foram retirados de ambas as patas dos animais (Figura 7) e

isolados em 15 mL de tampão fosfato-salina (PBS) contendo 0,15g de glicose e 1% de

solução antibiótica. Os ratos foram anestesiados com ketamina (45,2 mg/kg) e xilazina (6,8

mg/kg) via intramuscular.

Figura 7- Retirada dos músculos das patas dos ratos para cultura in vitro

Um dia antes do experimento, placas de cultura de 80cm2

(Nunclon®) foram cobertas

com 2 mL de Matrigel®

(BD Biosciences, Le Pont de Claix, France) diluído 1:500 em meio de

cultura DMEM (1g/L glicose) e incubadas à 37°C e 10% CO2. Os músculos foram cortados

em pequenos pedaços e, com o auxílio de tesouras ou bisturis, a gordura e os tendões

removidos. Os pedaços de músculo foram triturados e então colocados em 50 mL de meio de

crescimento primário (PGM) contendo DMEM (1g/L glicose), soro fetal bovino à 10%, soro

de cavalo à 10%, 4mMol/L de L-glutamina e 1% de solução antibiótica e centrifugados a 200

g durante 4min à 4°C. Os sobrenadantes foram coletados e o precipitado ressuspendido em

15mL de DMEM (1g/L glicose) suplementado com 0,03g de colagenase tipo II e 1% de

solução antibiótica, e incubados durante 90 min à 37°C sob agitação. Esta operação foi

repetida duas vezes utilizando-se 15 mL de DMEM (1g/L glicose) suplementado com 2 mL

de tripsina a 0,25% sem EDTA, 2mL de DNAse 1mg/mL de PBS (Sigma) e 1% de solução

Page 47: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

45

antibiótica em adição de 0,04g de colagenase. Os precipitados foram então misturados com os

sobrenadantes coletados e filtrados (filtros 50µm, D Deutscher, Issy les Moulineaux, France).

As células foram contadas em Câmara de Malassez e transferidas para as placas de cultura na

proporção de 1,6x106 células/placa de 80cm

2 com volume final de 10 mL de PGM. Em placas

de cultura de 96 poços (0,33cm2/poço), foram depositadas 8x10

3 células/poço em um volume

final de 100µL de PGM para determinação do número total de células. Após 48h na

incubadora a 37°C e 10% CO2, o PGM foi substituído pelo meio de fusão (FM) contendo

DMEM (1g/L glicose), soro de cavalo à 7%, 4mMol/L de L-glutamina e 1% de solução

antibiótica. Esse meio foi trocado a cada 2 dias durante um período de cultura de 10 dias

(Figura 8). Todos os produtos utilizados para cultura de célula muscular, exceto o Matrigel e

a DNAse, foram da marca Gibco (Invitrogen, Cergy-Pontoise, France).

Incubação à 37 C, 10%

CO2 durante 10 dias

1.600.000

células/placa

Câmara de Malassez

8.000

células/poço

Figura 8- Obtenção e cultura de células musculares esqueléticas

Page 48: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

46

5.3.5 Western Blot

Os precipitados dos macrófagos alveolares e das células musculares foram guardados à

-80°C e utilizados para avaliação da expressão de Pan-caderina (em macrófagos) e de Pan-

caderina, β1-integrina, IL-4Rα, Pax7 e miogenina (em células musculares) através da técnica

de Western Blot. Foram utilizados precipitados de macrófagos estimulados in vitro com LPS

por 24 horas e precipitados de células musculares cultivadas por 10 dias (0, 4, 7 e 10 dias).

Para os macrófagos, a expressão de Pan-caderina foi avaliada no dia 4 de cultura. Para as

células musculares, a expressão de Pax7 foi avaliada nos dias 0 e 4 de cultura; Pan-caderina

foi avaliada no dia 4 de cultura; β1-integrina nos dias 4 e 7; IL-4Rα no dia 7 e a miogenina no

dia 10 de cultura.

As células foram lisadas com tampão de lise (50 mM HEPES, 150 mM NaCl, 10%

glicerol, 1% Triton X 100, 1M NaF, 100 mM PMSF, 10mg/ml aprotinina, 10 mM

orthovanadato). Alíquotas dos sobrenadantes foram usadas para medir a concentração da

proteína total, como descrito por Bradford (1976). Os lisados protéicos das células foram

misturados com tampão Laemmli e fervidos durante 5 min. Quantidades iguais de proteínas

de cada amostra (40 μg para as células musculares e 160 μg para os macrófagos) foram

separadas no SDS PAGE (géis 7,5% ou 12%) e transferidas para membranas de nitrocelulose

(BioRad, Marnes-la-Coquette, France). Os filtros de nitrocelulose foram embebidos em

solução bloqueadora (PBS contendo 0,1% Tween 20 e 5% de leite desnatado) à temperatura

ambiente por 1h e em seguida incubados overnight à 4°C com os anticorpos anti-coelho anti-

Pax7 (Santa Cruz Biotechnology, Tebu-Bio, Velizy, France), anti-pan-caderina (Sigma, Saint-

Quentin Fallavier, France), ou anti-IL-4Rα (Santa Cruz Biotechnology, Tebu-Bio, Vélizy,

France), ou o anticorpo anti-β1 integrina de cabra (Santa Cruz Biotechnology, Tebu-Bio,

Vélizy, France). As membranas foram então incubadas com anticorpo anti-IgG de coelho

conjugado à HRP ou anticorpo anti-IgG de cabra ligado à peroxidase (Jackson

ImmunoResearch, Interchim, Montluçon, France) durante 3h à temperatura ambiente (para os

macrófagos) ou 1h (para as células musculares). As membranas foram incubadas durante 1h à

temperatura ambiente com o anticorpo monoclonal anti-miogenina de camundongo (BD

Biosciences, Le Pont de Claix, France) seguido por um anticorpo anti-IgG de camundongo

conjugado à HRP (Jackson ImmunoResearch, Interchim). A imunoreatividade foi detectada

Page 49: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

47

através de quimioluminescência (ECL e hiperfilme ECL, GE Healthcare Europe, Saclay,

France). Os pesos moleculares das bandas imunoreativas foram estabelecidos através de

comparação com os padrões corados (BioRad, Marnes-la-Coquette, France; Amersham full-

range rainbow molecular weight markers, GE Healthcare, USA). Foram realizados Western

blots para as proteínas actina e α-tubulina com o intuito de checar o carregamento do gel. As

quantidades de proteínas com relação à actina ou α-tubulina foram determinadas e as

intensidades das bandas quantificadas usando-se o software de análise de imagem KODAK

1D (Scientific Image System, Rochester, NY, USA).

5.3.6 ELISA

As produções de IL-4 e IFN-γ foram avaliadas pelo método de ELISA utilizando-se o

kit ELISA DuoSet (R&D Systems). Amostras de 100μL foram coletadas a partir do

sobrenadante de cultura de macrófagos estimulados por 24 horas com LPS ou a partir do

sobrenadante de células musculares cultivadas por 10 dias. As concentrações dessas citocinas

foram normalizadas de acordo com a dosagem de LDH.

5.3.7 Número total de células

A quantidade total de células foi avaliada de forma indireta através da liberação da

enzima lactato desidrogenase (LDH) em sobrenadantes de células cultivadas em placas de 96

poços (0,33 cm2/poço). As células macrofágicas estimuladas com LPS por 24 horas e as

células musculares cultivadas por 10 dias foram lisadas em meio de cultura sem soro e

transferidas para outras placas de cultura de 96 poços. A liberação de LDH foi quantificada

com o kit de avaliação de citotoxicidade CytoTox 96 Non-Radioactive (Promega

Corporation), seguindo-se as instruções do fabricante. A absorbância (490nm) do vermelho de

formazan produzido pela LDH foi medida em um leitor de microplaca (Modelo 680, Bio-Rad)

e foi proporcional ao número total de células.

Page 50: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

48

5.4 Análise Estatística

Para comparação de peso corporal, níveis de LDH e níveis das citocinas IL-4 e IFN-γ

entre os grupos, foi empregada a Análise de Variância (ANOVA), para os dados paramétricos.

Quando a ANOVA revelou a existência de diferença significativa, foi utilizado o Teste de

Tukey, a fim de identificar que grupos diferiram entre si. Para os dados não paramétricos, foi

utilizado o Teste de Kruskal-Wallis, seguido do Teste de Mann-Whitney. A significância

estatística foi considerada admitindo-se um nível crítico de 5% em todos os casos.

Page 51: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

49

6. RESULTADOS

6.1 Artigo 1

Title of paper: Long-term effects of a neonatal low-protein diet in rats on the number of

macrophages in culture and the expression/production of fusion proteins

Names of authors:

Juliana Félix de Melo1,3,4*

Thacianna Barreto da Costa1,3

Tamara D. da Costa Lima2

Maria E.C. Chaves3

Muriel Vayssade 4

Marie-Danielle Nagel4

Célia M. M. B de Castro1,3

Affiliations of authors

1 Department of Tropical Medicine, Federal University of Pernambuco, Recife, Brazil

2 Aggeu Magalhães Research Center, Oswaldo Cruz Foundation, Campus UFPE, Recife,

Brazil

3 Keizo Asami Laboratory of Immunopathology, Federal University of Pernambuco, Recife,

Brazil

4 Université de Technologie de Compiègne, UMR CNRS 6600, Compiègne, France

*Address for correspondence:

Juliana Félix de Melo

Laboratório de Imunopatologia Keizo-Asami da Universidade Federal de Pernambuco (LIKA-

UFPE), Av. Prof. Moraes Rego, 1235, Cidade Universitária, 50670-901, Recife, Pernambuco,

Brazil.

Phone: +55 81 21268484

Fax: +55 81 21268485

E-mail: [email protected]

Running Title of paper: Macrophage fusion in undernourished rats

Keywords: Critical period of development; Programming; Macrophage fusion; Neonatal

malnutrition

Page 52: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

50

Abstract

We investigate the effects of a neonatal low-protein diet on the number of macrophages in

culture and the expression/production of proteins that regulate macrophage fusion in young

and adult rats. Male Wistar rats (n=18) were suckled by mothers fed diets containing 17%

protein (controls), or 8% protein (undernourished, UN). All rats were fed a normal protein diet

after weaning. Bronchoalveolar lavage was collected from 42-, 60-, and 90-days-old rats.

Alveolar macrophages were cultured for 4 days in order to assess the number of cells and the

expression of cadherins, key proteins involved in macrophage fusion, by western blotting. IL-

4 and IFN-γ levels in culture supernatants were measured by ELISA. Offspring from mothers

fed a low-protein diet showed a lower body weight gain. The number of cells in cultured

macrophages from UN was evaluated on 42-, 60-, and 90-days-old rats; an increase on the

number of cells was observed on 42-, and 60-days-old rats, whereas a decrease was observed

on 90-days-old rats. Furthermore, IL-4 production was increased in the supernatants from UN

group of 60-days-old rats, but did not affect the expression of cadherins. IFN-γ production

increased in the supernatants from UN group of 42-, and 60-days-old rats, and decreased in

the later group. This study, thus, demonstrates that dietary restriction during lactation alters

the number of alveolar macrophages in culture, and the production of fusion proteins of

offspring aged 42, 60, or 90 days, but does not modify the expression of adhesion molecules,

which are important for the fusion of those cells.

Page 53: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

51

Introduction

Malnutrition during the critical period of development of systems of homeostasis,

including the immune system, may impair the formation of processes essential for host

defense against infections. Changes at this stage in response to the environment can cause

permanent effects in organs and tissues, a phenomenon known as programming(1)

. At this

stage of life which includes prenatal and neonatal periods, nutritional assaults may alter the

pattern of cellular events, with deleterious consequences both for acquiring mature

physiological patterns of the organism(2)

and for the occurrence of metabolic events(1-3)

.

Experimental models in rats have shown that perinatal malnutrition may induce metabolic

diseases in adulthood(3,4)

.

Protein-calorie malnutrition is associated with a reduction in cell-mediated immunity,

phagocyte function, complement system, antibody production, cytokine release and

expression of cell adhesion molecules(5,6)

. In this situation, the pulmonary defense

mechanisms are affected with a resulting decrease in the number of alveolar macrophages

(AM)(7)

. In addition, several functions of macrophages are compromised(7)

. These cells, when

activated by endotoxins, release microbicide products that are responsible for the destruction

of phagocytosed microorganisms(8,9)

.

Macrophages are present in all body tissues and to fight infection, may fuse with each

other in response to pathogens and foreign materials, giving rise either to osteoclasts (bone) or

multinucleated giant cells (MGC) (in various tissues). The formation of MGC is known to

increase the defensive capacity of macrophages(10)

. The molecular mechanisms that allow the

fusion of macrophages with one another are still poorly understood(11)

. Some molecules have

been implicated in this process which may involve the action of glycoproteins such as

cadherins, which mediate membrane attachment and fusion. Studies show that IL-4

contributes to an increased expression of E-cadherin and, consequently, an increased

formation of MGC in vitro(12,13)

. After binding to the IL-4 receptor α chain, IL-4 induces

competence for fusion through the activation of the transcription factor STAT6 as well as by

macrophage-macrophage contact. It is only after this event that adhesion between cells

mediated by E-cadherin occurs. In addition to IL-4, other cytokines such as IL-13 and

interferon-γ (IFN-γ) can also induce the formation of the MGC(13,14)

. The latter has a role in

Page 54: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

52

the activation of macrophages, but little is known about the mechanisms involved in this

fusion process.

Previous studies have reported the relationship between neonatal malnutrition and

impaired macrophage function in adulthood(7)

. However, much remains to be investigated

about its late effects, after nutritional recovery on macrophage fusion and on the behavior of

these cells in culture. In the present study, we evaluated the effects of neonatal malnutrition

on the number of alveolar macrophages in culture and the expression/production of proteins

that regulate the macrophage fusion in rats aged 42, 60 and 90 days.

Materials and methods

Ethical Considerations

This research was approved by the Ethics Committee on Animal Experimentation of

the Center for Biological Sciences of the Federal University of Pernambuco (protocol number

23076.005512/2008 – 40).

Animals and diet

Pregnant female Wistar rats were obtained from the Biotery of the Department of

Nutrition (Federal University of Pernambuco - UFPE, Brazil). The animals were housed under

conditions of controlled temperature (22 ± 1°C) in a 12h light-dark cycle. The standard animal

laboratory food and water were given ad libitum. At the time of delivery, the litter size and

pups’ birth weight were recorded. During the suckling period, the offspring were kept in

groups of six pups, randomly distributed into two nutritional groups according to their

mother’s diet: a well-nourished group (control, C) fed by mothers receiving a 17% protein

(casein) diet, and a low-protein group (undernourished, UN), fed by mothers receiving a 8%

protein (casein) diet (Table 1). After weaning (at the age of 22 days), only male offspring

were used (nine per group) and kept in the collective cage, receiving animal laboratory food

(Labina - Purina do Brasil) until the 90-day old ad libitum. Body weights were recorded every

five days (Filizola MF-3/1, São Paulo, SP) during lactation and at 42, 60 and 90 days. Body

weight gain was calculated as follows: percentage weight gain = [body weight (g) x

100/birthweight (g)] – 100 [11]. The animals were anesthetized with Ketamin (45.2

Page 55: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

53

mg/kg)/Xylazin (6.8 mg/kg) by intramuscular injection at different ages (42, 60 and 90 days,

n=6 per age) and sacrificed after the procedures.

Bronchoalveolar lavage fluid (BAL)

The bronchoalveolar lavage was obtained according to techniques developed by De

Castro et al.(15)

. BAL was collected by injecting 0.9% NaCl through a plastic cannula inserted

into the trachea. Several aliquots of 3 mL were injected and collected in 50 mL conical

polypropylene tubes (Falcon, Sigma). Approximately 30 mL of BAL was recovered for each

animal.

Culture of alveolar macrophages (AM)

The collected BAL was centrifuged at 470 x g for 15 min. The precipitated part, which

correspond to the cells, was resuspended in a culture medium (RPMI 1640, Gibco-Invitrogen

Corporation, NY, USA) containing heat-inactivated fetal calf serum (3%, Gibco-Invitrogen

Corporation, NY, USA), penicillin (100 U/mL), streptomycin (100 µg/mL) and amphotericin

B (0.25 µg/mL) (Sigma). Cells were placed into 35cm2

and 0.33 cm2

tissue culture wells

(Falcon), where 2 mL (35cm2

well) and 100µL (0.33cm2

well ) of the suspension was

discarded in the proportion of 8 x 105

cells/mL of RPMI 1640 in each 35cm2

well and 8 x 103

cells/100µL of RPMI 1640 in each 0.33cm2

well. After being incubated for 1h at 37°C and

5% CO2, the supernatant containing nonadherent cells was discarded, and the remaining

monolayers (>95% AM) were incubated for an additional 1h in 2 mL (35cm2

well) and 100µL

(0.33cm2

well) of serum-free RPMI medium. After 3 days of culture, the cells were

stimulated in vitro with lipopolysaccharide (LPS) (sorotype from Escherichia coli 055:B5,

Sigma) at a dose of 10µg/mL of RPMI 1640, and 24h later the supernatants and cells

precipitates were collected for study. The number of cells was measured from 0.33cm2

wells

and the expression of proteins that regulate macrophage fusion from 35cm2

wells.

Number of cells

The number of cells was colorimetrically evaluated by measuring intracellular lactate

dehydrogenase (LDH) activity. Cells in culture for 4 days were lysed in serum-free RPMI

1640 and transferred to a 96-well plate. The LDH concentration was quantified with the

Page 56: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

54

CytoTox 96 Non-Radioactive Cytotoxicity Assay (Promega Corporation, Madison, WI, USA)

in accordance with the manufacturer’s instructions. The absorbance (490nm) of the red

formazan produced by LDH was measured in a microplate reader (Model 680, Bio-Rad). The

absorbance was proportional to the total number of cells. LDH activity is given as the number

of cells, read off from a standard curve of absorbance plotted against an increasing number of

lysed cells.

Expression of Pan-cadherin

Proteins were extracted with lysis buffer (50 mM HEPES, 150 mM NaCl, 10%

glycerol, 1% Triton X 100, 1M NaF, 100 mM PMSF, 10mg/ml aprotinin, 10 mM

orthovanadate). Aliquots of supernatants were used for the measurement of total protein

content, as described by Bradford(16)

. Protein lysates from macrophages cultured for 4 days

were mixed with Laemmli buffer and boiled for 5 min. Equal amounts of proteins of each

sample (160 μg) were subjected to SDS PAGE (7.5% gels) and transferred to nitrocellulose

membranes (BioRad, Hercules, CA). The nitrocellulose filters were soaked in blocking

solution (PBS containing 0.1% Tween 20 and 5% non-fat dried milk) at room temperature for

1h and subsequently incubated overnight at 4°C with anti-pan-cadherin (Sigma, St. Louis,

USA). The membranes were then incubated with horseradish peroxidase-linked goat anti-

rabbit immunoglobulin G (Jackson ImmunoResearch, Interchim, Montluçon, France) for 3h at

room temperature. Immunoreactivity was detected by chemiluminescence (ECL and ECL

hyperfilm, GE Healthcare, Buckinghamshire, UK). The molecular weights of the

immunoreactive bands were established by comparison with stained standards (Amersham

full-range rainbow molecular weight markers, GE Healthcare, USA). Western blots for actin

were used to check gel loading. The ratios of proteins to actin were determined and band

intensities were quantified using KODAK 1D Image Analysis Software (Scientific Image

System, Rochester, NY, USA).

Concentrations of IL-4 and IFN-γ in the supernatants of macrophages in culture

The interleukin-4 (IL-4) and interferon-γ (IFN-γ) released were measured by ELISA in

the supernatants from cells cultured for 4 days (DuoSet ELISA Kit, R&D Systems,

Page 57: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

55

Minneapolis, MN, USA). The IL-4 and IFN-γ concentrations were normalized to 108

and 107

cells, respectively, using the LDH dosage.

Statistical analysis

The data are presented as mean ± S.E.M. For body weight analysis two-way repeated

measures analysis of variance ANOVA, followed by Bonferroni’s post hoc test was used. For

LDH, IL-4 and IFN-γ levels in the supernatants of cultured cells and immunoblots

quantitation groups were compared using Student's t-test for parametric data and Mann-

Whitney test for nonparametric data. Results were considered statistically significant for

p < 0.05 (NS non-significant, *p<0.05). The GraphPad Prism 5 software (Graph Pad

Software, Inc., San Diego, CA, USA) was used.

Results

The birth weight of neonates did not differ when groups were compared (C = 6.5 ±

0.24 g and UN = 6 ± 0.27 g). During lactation, offspring from mothers fed a low-protein diet

showed a lower body weight than controls at 5, 10, 15 and 21 days. The pups from

undernourished mothers continued to exhibit a lower body weight than the control group

throughout the experiment: 42 d (C = 187.16 ± 9.16 g; UN = 161.33 ± 1.36 g), 60 d (C = 275

± 10.83 g; UN = 233.5 ± 5.25 g), and 90 d (C = 360 ± 12.05 g; UN = 300.33 ± 3.92 g) (Figure

1).

After 4 days of culture, LDH measurement showed a lower number of cells in the UN

when compared with cells from the C group at 42 d (C group 9.32 ± 0.99 x 103, UN group

2.22 ± 0.15 x 103) (Figure 2A) and 60 d (C group 3.48 ± 0.17 x 10

3, UN group 0.79 ± 0.18 x

103) (Figure 2B). At 90 d, however, there was an increase in the number of cells in the UN

group (C group 2.18 ± 0.12 x 103, UN group 3.51 ± 0.33 x 10

3) (Figure 2C). A lower number

of cells was observed with the age of the C offspring.

The concentration of IL-4 in the supernatants of alveolar macrophages cultured for 4

days, normalized using LDH activity, was increased in the UN group from 60-day-old

offspring (C group 54.58 ± 15.70 pg/mL x 108, UN group 267.44 ± 46.50 pg/mL x 10

8)

(Figure 3). There were no differences between UN and C offspring at 42 d and 90 d.

Page 58: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

56

The cadherin (E) content of cells cultured for 4 days was assayed using a pan-cadherin

antibody. The amounts in 42-, 60- and 90-day-old pups appeared to be similar. There was no

difference in the expression of cadherin in cells from UN and C pups (Figure 4).

The production of IFN-γ in the supernatants of alveolar macrophages after 4 days of

culture, normalized using LDH activity, was increased in the UN group from 42-day-old

offspring (C group 21.11 ± 0.02 pg/mL x 107, UN group 88.88 ± 0.08 pg/mL x 10

7) (Figure

5A) and 60-day-old offspring (C group 56.46 ± 0.09 pg/mL x 107, UN group 251.22 ± 0.50

pg/mL x 107) (Figure 5B). Nevertheless, at 90 d, IFN-γ levels decreased in the UN group (C

group 90.48 ± 0.13 pg/mL x 107, UN group 56.27 ± 0.07 pg/mL x 10

7) (Figure 5C).

Discussion

Nutritional deficits are one of the most studied programming factors acting in the

critical period of development(17-19)

. Studies have shown that perinatal malnutrition acts in the

genesis of metabolic diseases such as obesity, diabetes, and cardiovascular diseases in

adulthood(19-22)

. In our study, casein (a highly phosphorylated protein) was chosen because it

is an important component of breast milk and has been widely used in previous studies as an

inducer of perinatal malnutrition.

In this study, we first examined the effects of a low-protein diet on the body weight of

the offspring during lactation. We then evaluated the number of alveolar macrophages in

culture and the expression/production of proteins known to regulate macrophage fusion, from

macrophage cultures of young and adult offspring. The results indicate that offspring from

mothers fed a low-protein diet showed a lower body weight during the lactation period from

the fifth day of life. These data are consistent with earlier studies using the same standard

experimental diet(19,23)

.

We also verified in this experiment the influence of a low-protein diet on the animals’

body weight at 42, 60 and 90 days. Our results show that even with the administration of a

balanced diet – Labina (bioterium diet containing 23% mixed protein) after weaning, the body

weight of the undernourished animals remained lower than that of the control animals. These

results are in agreement with other studies(23-27)

, in which even after nutritional recovery, the

body weight of undernourished animals remained low in adulthood. Passos et al.(28)

demonstrated that neonatal maternal protein restriction (8% casein-restricted diet) causes

Page 59: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

57

changes in milk composition and volume of lactating rats, and it may be related to less

transfer of nutrients to the offspring and to a long-lasting low body weight.

Protein energy malnutrition leads to the depletion of progenitor hemopoietic

populations and changes in cellular development. Hemopoietic tissue requires a high nutrient

supply and the proliferation, differentiation and maturation of cells occur in a constant and

balanced manner, sensitive to the demands of specific cell lineages and dependent on the stem

cell population(29)

. Macrophages are cells produced by the differentiation of monocytes in

tissues. These latter cells are produced by the bone marrow from haematopoietic stem cell

precursors called monoblasts. In the present study, we observed changes in the number of

macrophages after 4 days in culture when comparing UN and C offspring. There were fewer

macrophages in samples from 42 and 60-day-old UN pups. Nevertheless, in 90-day-old pups

it was observed that there was an increase of the macrophage number in the UN group,

suggesting that the experimental model used in this study is able to establish a compensatory

mechanism, significantly impairing the proliferative capacity of these cells in vitro. In

samples from C pups, a lower cell number was observed with the age of the offspring.

Previous studies(7,25)

have shown that neonatal malnutrition, even after nutritional recovery,

reduces the number of alveolar macrophages in adult rats. However, in those studies,

macrophages were counted from bronchoalveolar lavage fluid and were not maintained in

culture. In a previous study(24)

, using muscle cells from young and adult rats submitted to

neonatal malnutrition, a reduction in the number of cells was demonstrated in samples from

60-day-old UN pups after 10 days in culture, but no differences were observed in those from

90-day-old UN pups. Our results thus indicate that more studies are needed to evaluate the

behavior of these cells in vitro.

In order to test the hypothesis that neonatal malnutrition can impair the formation of

multinucleated giant cells (MGC), the capacity of alveolar macrophages from offspring of

different ages (42, 60 and 90 days) to produce fusion proteins in culture was assessed. Studies

show that cell adhesion molecules such as E-cadherins contribute to the formation of MGC

through IL-4(12,13)

. This cytokine is secreted by various immune cells(30)

, including

macrophages(31)

. It has been known for over 10 years that IL-4 induces the formation of MGC

in vitro(32,33)

, and it was recently demonstrated that IL-4 contributes to an increased expression

of E-cadherin and, consequently, to an increase in the formation of MGC in vitro(12,13)

. The

Page 60: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

58

adhesion between cells mediated by E-cadherin occurs only after the fusion competence

induced by IL-4 through the activation of the transcription factor STAT6. The antibodies of

broad spectrum anti-pan cadherin are able to detect different types of cadherins from cells in

culture.

In 42- and 90-day-old animals, the neonatal malnutrition did not affect the production

of IL-4 or E-cadherin expression in macrophages, indicating a normal formation of MGC in

vitro. As for the 60-day-old animals that were malnourished during lactation, we observed an

increased production of IL-4, but that did not contribute to an increased expression of E-

cadherin. This may suggest that there is no commitment in the formation of MGC of these

animals mediated by E-cadherin. In a previous study(34)

, using cells from the spleen, bone

marrow, and peritoneal cavity, it was demonstrated that the levels of IL-4 did not differ in

undernourished mice inoculated with LPS when compared to control animals. Other studies

show that malnutrition can increase the production of IL-4 in CD4+ and CD8

+ cells

(35) and in

peripheral blood(36)

from undernourished children. Regarding E-cadherin, a previous study(24)

shows that neonatal malnutrition did not impair the expression of cadherins in skeletal muscle

cells of young and adult rats and that the amounts of these molecules appeared to be similar,

regardless of the age of the offspring, as observed in the present study.

Lastly, we analysed the production of IFN-γ, which can also induce the formation of

the MGC(13,14)

. It was observed that a neonatal low-protein diet increased IFN-γ levels in the

supernatants of alveolar macrophages from 42- and 60-day-old pups. Nevertheless, at 90 d, it

was a reduction in the production of IFN-γ in the UN group. Our results suggest that this

increased production of IFN-γ observed in younger animals may have been a compensatory

mechanism resulting from the low amount of cells at these ages. IFN-γ is a key cytokine in the

development of type 1 immune responses, which are required for the elimination of

pathogens(37)

. Also, IFN-γ induces differentiation and activation of monocytes/macrophages

and enhances their microbicidal effector functions(35,38)

. IL-4 is a Th2 cytokine which

suppresses cellular immunity(39)

. The elevated levels of IL-4 observed in this study in 60-day-

old offspring indicate a modulatory mechanism to suppress the high production of IFN-γ in

younger animals. As a result, the modulation in the synthesis of IFN-γ started to be observed

in older animals (90-day-old) with a low production of this cytokine. Thus, due to a probable

existing modulatory mechanism, we cannot suggest that the increase in the production of IFN-

Page 61: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

59

γ is related to an increased formation of MGC in vitro. A number of studies show that

malnutrition can reduce the production of IFN-γ in CD4+ and CD8

+ cells from undernourished

children(35)

and spleen cells from mice(40)

. However, little is known about late effects of early

malnutrition on the production of these cytokines by alveolar macrophages.

Conclusion

Thus, based on the results of this study and review of the literature, casein restriction

during lactation followed by the restoration of a normal protein diet at weaning has no impact

on the expression of cadherins by alveolar macrophages of offspring aged 42, 60 or 90 days.

Nevertheless, the number and the production of fusion proteins of macrophages in culture are

altered.

Acknowledgements

The authors wish to thank CAPES-COFECUB (grant 584/07) and the National

Council for Science and Technology (CNPq), Brazil, for their financial support.

Conflict of interest

The authors declare that they have no conflict of interest.

Page 62: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

60

References

1. Lucas A (2005) Long-term programming effects of early nutrition -- implications for

the preterm infant. J Perinatol 25, Suppl. 2, S2-S6.

2. Borba JMC, Araujo MS, Picanco-Diniz CW et al. (2000) Permanent and transitory

morphometric changes of NADPH-diaphorase-containing neurons in the rat visual

cortex after early malnutrition. Brain Res Bull 53, 193-201.

3. Ozanne SE & Hales CN (2002) Early programming of glucose-insulin metabolism.

Trends Endocrinol Metab 13, 368-373.

4. Kind KL, Simonetta G, Clifton PM et al. (2002) Effect of maternal feed restriction on

blood pressure in the adult guinea pig. Exp Physiol 87, 469-477.

5. Chandra RK (2002) Nutrition and the immune system from birth to old age. Eur J

Clin Nutr 3, 73-76.

6. Landgraf MAV, Martinez LL, Rastelli VMF et al. (2005) Intrauterine undernutrition in

rats interferes with leukocyte migration, decreasing adhesion molecule expression in

leukocytes and endothelial cells. J Nutr 135, 1480-1485.

7. Ferreira e Silva WT, Galvão BHA, Ferraz Pereira KN et al. (2009) Perinatal

Malnutrition Programs Sustained Alterations in Nitric Oxide Released by Activated

Macrophages in Response to Fluoxetine in Adult Rats. Neuroimmunomodulation 16,

219-227.

8. Meyer J, Hinder F, Stothert Jr J et al. (1994) Increased organ blood flow in chronic

endotoxemia is reversed by nitric oxide synthase inhibition. J Appl Physiol 76, 2785-

2793.

9. Amersfoort ESV, Berkel TJCV, Kuiper J (2003) Receptors, Mediators, and

Mechanisms Involved in Bacterial Sepsis and Septic Shock. Clin Microbiol Rev 16,

379-414.

10. MacLauchlan S, Skokos EA, Meznarich N et al. (2009) Macrophage fusion, giant cell

formation, and the foreign body response require matrix metalloproteinase 9. J Leukoc

Biol 85, 617-626.

11. Vignery A (2005) Macrophage fusion: the making of osteoclasts and giant cells. JEM

202, 337-340.

12. Moreno JL, Mikhailenko I, Tondravi MM et al. (2007) IL-4 promotes the formation

of multinucleated giant cells from macrophage precursors by a STAT6-dependent,

homotypic mechanism: contribution of E-cadherin. J Leukoc Biol 82, 1542–1553.

Page 63: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

61

13. Helming L & Gordon S (2009) Molecular mediators of macrophage fusion. Trends

Cell Biol 19, 514-522.

14. Helming L & Gordon S (2008) The molecular basis of macrophage fusion.

Immunobiol 212, 785-793.

15. De Castro CMMB, Bureau MF, Nahori MA et al. (1995) Modulation by

dexamethasone of phospholipase A2 activities in endotoxemic guinea pigs. J Appl

Physiol 79, 1271-1277.

16. Bradford MM (1976) A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram

quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding. Anal Biochem 72,

248-254.

17. Weinman AR, Jorge SM, Martins AR et al. (2007) Assessment of vitamin A

nutritional status in newborn preterm infants. Nutrition 23, 454-460.

18. Passos MC, Ramos CF, Moura EG (2000) Short and long term effects of malnutrition

in rats during lactation on the body weight of offsprings. Nutr Res 20, 1603-1612.

19. Pires-de-Melo IH, Wanderley dos Reis F, Luz LS et al. (2009) Short- and long-term

effects of a neonatal low-protein diet in rats on the morphology of the larynx.

Nutrition 25, 855-860.

20. Sawaya AL, Dallal G, Solymos G et al. (1995) Obesity and malnutrition in a

Shantytown

population in the city of Sao Paulo, Brazil. Obes Res 3, 107S-115S.

21. Barker DJ (1999) Early growth and cardiovascular disease. Arch Dis Child 80, 305-

307.

22. Barker DJ (2007) The origins of the developmental origins theory. J Intern Med

261, 412-417.

23. Araújo FRG, De Castro CMMB, Rocha JA et al. (2011) Perialveolar bacterial

microbiota and bacteraemia after dental alveolitis in adult rats that had been subjected to

neonatal malnutrition. Br J Nutr (Epublication ahead of print version).

24. Melo JF, Aloulou N, Duval JL et al. (2011) Effect of a neonatal low-protein diet on the

morphology of myotubes in culture and the expression of key proteins that regulate

myogenesis in young and adult rats. Eur J Nutr 50, 243-250.

25. Melo JF, Macêdo EMC, Paes-Silva RP et al. (2008) Effect of neonatal malnutrition on

cell recruitment and oxidant-antioxidant activity of macrophages in endotoxemic adult

rats. Rev Nutr 21, 683-694.

Page 64: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

62

26. Barros KMFT, Manhães-De-Castro R, Lopes-De-Souza S et al. (2006) A regional

model (Northeastern Brazil) of induced mal-nutrition delays ontogeny of reflexes and

locomotor activity in rats. Nutr Neurosci 9, 99-104.

27. Barreto-Medeiros JM, Feitoza EG, Magalhães K et al. (2004) Malnutrition during brain

growth spurt alters the effect of fluoxetine on aggressive behavior in adult rats. Nutr

Neurosci 7, 49-52.

28. Passos MC, Da Fonte Ramos C, Dutra SC et al. (2002) Long-term effects of

malnutrition during lactation on the thyroid function of offspring. Horm Metab Res 34,

40-43.

29. Borelli P, Barros FEV, Nakajima K et al. (2009) Protein-energy malnutrition halts

hemopoietic progenitor cells in the G0/G1 cell cycle stage, thereby altering cell

production rates. Braz J Med Biol Res 42, 523-530.

30. Martinez FO, Helming L, Gordon S (2009) Alternative activation of macrophages: an

immunologic functional perspective. Annu Rev Immunol 27, 451-483.

31. Fernandez-Boyanapalli RF, Frasch SC, McPhillips K et al. (2009) Impaired apoptotic

cell clearance in CGD due to altered macrophage programming is reversed by

phosphatidylserine-dependent production of IL-4. Blood 113, 2047-2055.

32. McInnes A & Rennick DM (1988) Interleukin 4 induces cultured

monocytes/macrophages to form giant multinucleated cells. J Exp Med 167, 598-611.

33. McNally AK & Anderson JM (1995) Interleukin-4 induces foreign body giant cells

from human monocytes/macrophages. Differential lymphokine regulation of

macrophage fusion leads to morphological variants of multinucleated giant cells. Am J

Pathol 147, 1487-1499.

34. Fock RA, Vinolo MAR, Crisma AR et al. (2008) Protein-energy malnutrition modifies

the production of interleukin-10 in response to lipopolysaccharide (LPS) in a murine

model. J Nutr Sci Vitaminol 54, 371-377.

35. Rodríguez L, González C, Flores L et al. (2005) Assessment by flow cytometry of

cytokine production in malnourished children. Clin Diagn Lab Immunol 12, 502-507.

36. Villarroel MV, Valbuena AA, Pereira N et al. (2008) Citocinas TH2 (IL4 e IL10) en el

niño desnutrido. Arch Venez Puer Ped 71, 42-47.

37. Young HA & Hardy KJ (1995) Role of interferon-γ in immune cell regulation. J

Leukoc Biol 58, 373-381.

38. Chan J, Tanaka K, Mannion C et al. (1997) Effects of protein calorie malnutrition on

mice infected with BCG. J Nutr Immunol 5, 11-19.

Page 65: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

63

39. Arababadi MK, Pourfathollah AA, Daneshmandi S et al. (2009) Evaluation of relation

between IL-4 and IFN-γ polymorphisms and type 2 diabetes. Iran J Basic Med Sci 12,

100-104.

40. Serafim TD, Malafaia G, Silva ME et al. (2010) Immune response to Leishmania

(Leishmania) chagasi infection is reduced in malnourished BALB/c mice. Mem Inst

Oswaldo Cruz 105, 811-817.

Page 66: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

64

Figures and Legends

Figure 1 Body weight of pups from mothers fed a low-protein diet (undernutrition, casein

8%) or a control diet (casein 17%) during growth. Analysis was performed every five days

during lactation (n=9 in each group), and at 42, 60 and 90 d (n=3 in each group). The values

are presented as means + S.E.M. *p<0.05 compared with control group using two-way

ANOVA and Bonferroni’s post hoc test.

Page 67: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

65

Figure 2 Numbers of macrophages/well (0.33 cm2) after 4 days in culture (A:42-day-old

offspring; B: 60-day-old offspring; C: 90-day-old offspring). Data were obtained from LDH

activity of adherent cells. Data are expressed as mean + S.E.M. n=18 in each group. *p<0.05

unpaired Student’s t-test.

Page 68: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

66

Figure 3 IL-4 production in the supernatants of macrophages from 60 day-old offspring, cultured

for 4 days. Results were normalized to 108 cells. Data are represent as mean + S.E.M. n=6 in each

group. *p<0.05 Mann-Whitney test.

Page 69: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

67

Figure 4 Immunoblots of E (pan) cadherins in muscle cells from 60-day-old rats. Muscle cells

from control (C1, C2, C3) and undernourished offspring (UN1, UN2, UN3) were cultured for 4

days. The lysates were separated by 7.5% SDS PAGE. Actin was used as control for gel loading.

The amount of cadherin relative to that of actin is shown below. NS non-significant.

Page 70: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

68

Figure 5 IFN-γ production in the supernatants of macrophages from 42 day-old offspring (A), 60

day-old offspring (B) and 90 day-old offspring (C) cultured for 4 days. Results were normalized to

107 cells. Data are represent as mean + S.E.M. n=6 in each group. *p<0.05 Mann-Whitney test.

Page 71: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

69

Table 1. Composition of the diets (control 17% and low-protein 8%)

Ingredients Amount for 1 Kg of diet

Low-

protein

Control

Casein 79,3 g 179,3 g

Vitamin Mix* 10 g 10 g

Mineral Mixture # 35 g 35 g

Cellulose 50 g 50 g

Choline bitartrate 2,5 g 2,5 g

DL-Methionine 3,0 g 3,0 g

Soya oil 70 ml 70 ml

Corn Starch 750,2 g 650,2 g # Mineral mixture contained the following (mg/kg of diet): CaHPO4, 17200; KCI, 4000; NaCl,

4000; MgO, 420; MgSO4, 2000; Fe2O2, 120; FeSO4·7H2O, 200; trace elements, 400

(MnSO4·H2O, 98; CuSO4·5H2O, 20; ZnSO4·7H2O, 80; CoSO4·7H2O, 0.16; KI, 0.32;

sufficient starch to bring to 40 g [per kg of diet]).

* Vitamin mixture contained the following (mg/kg of diet): retinol, 12; cholecalciferol, 0.125;

thiamine, 40; riboflavin, 30; pantothenic acid, 140; pyridoxine, 20; inositol, 300;

cyanocobalamin, 0.1; menadione, 80; nicotinic acid, 200; choline, 2720; folic acid, 10; p-

aminobenzoic acid, 100; biotin, 0.6.

Page 72: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

6. RESULTADOS

6.2 Artigo 2 Eur J Nutr

DOI 10.1007/s00394-010-0132-9

OR IGIN A L C O N TR IB U TIO N

Effect of a neonatal low-protein diet on the morphology

of myotubes in culture and the expression of key proteins that regulate myogenesis in young and adult rats

Juliana Felix de Melo • Nijez Aloulou • Jean-Luc Duval • Pascale Vigneron •

Lee Bourgoin • Carol Go is Leandro • Celia M. M. B. de Castro • Marie-Danielle Nagel

Received: 6 April 2010 / Accepted: 30 August 2010

Springer-Verlag 2010

Abstract

Aim To investigate the effects of a neonatal low-protein

diet on the morphology of myotubes in culture and the

expression of key proteins that regulate myogenesis in

young and adult rats.

Methods Male Wistar rats (n = 18) were suckled by

mothers fed diets containing 17% protein (controls, C) or

8% protein (undernourished, UN). All rats were fed a

normal protein diet after weaning. Muscles were removed

from the legs of 42-, 60- and 90-day-old rats. Muscle cells

were cultured to assess cell number, morphology and the

expression of major proteins involved in myogenesis

(Pax7, cadherins, b1 integrin, IL-4Ra and myogenin) by

western blotting. IL-4 levels in culture supernatants were

measured by ELISA.

Results Offspring from mothers fed a low-protein diet

showed a lower body weight gain. Cell number and myo-

tube expansion were reduced in cultured muscle cells from

J. F. de Melo N. Aloulou J.-L. Duval P. Vigneron

L. Bourgoin M.-D. Nagel

Universite de Technologie de Compiegne,

UMR CNRS 6600, Compiegne, France

C. G. Leandro

Department of Physical Education and Sports Science, Centro

Academico de Vitoria, Federal University of Pernambuco,

Pernambuco, Brazil

J. F. de Melo C. M. M. B. de Castro

Department of Tropical Medicine,

Federal University of Pernambuco, Pernambuco, Brazil

J. F. de Melo (&)

Laborato rio de Imunopatologia Keizo-Asami (LIKA),

Setor de Microbiologia, UFPE, Cidade Universitaria, 50670-420 Recife, PE, Brazil

e-mail: [email protected]

UN, but the expression of myogenic marker proteins was

unaltered.

Conclusions Dietary restriction during lactation had no

impact on the synthesis of myogenic marker proteins, and

myocyte differentiation occurred normally in the muscles

of offspring aged 42, 60 or 90 days. Nevertheless, the

number and morphology of the myotubes are altered.

Keywords Critical period of development

Programming Satellite cells Neonatal undernutrition

Skeletal muscle Rats

Introduction

Maternal and neonatal undernutrition not only causes

prolonged growth retardation but also modifies the pro-

gramming of biochemical mechanisms related to endo-

crine-metabolic control [1]. Fetal programming is the

phenomenon whereby changes in the critical period of

development in response to the environment may have

permanent effects on the organs and tissues [2]. Perinatal

undernutrition-induced metabolic diseases in adult life

have been demonstrated in experimental models in rats [3,

4]. In humans, epidemiological studies have also revealed

an inverse relationship between birthweight and type 2

diabetes mellitus, hypertension, hyperlipidemia, obesity

and insulin resistance in adult life [5–7]. It has been

speculated that early influences on the growth and devel-

opment of skeletal muscle fibers may underlie this rela-

tionship [8].

Perinatal undernutrition on muscle-fiber development

and composition has been described in a variety of mam-

malian species [9]. Wilson et al. [10] showed a reduction in

secondary fibers in both soleus and lumbrical muscles and

70

Page 73: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

Eur J Nutr

a deficit in the growth rate of the newborn rat, when the

maternal diet was restricted to 30% of the control animals.

Maternal low-protein exposure (9% casein) during mid- to

late pregnancy reduces the numbers of fibers formed within

the soleus and gastrocnemius muscles of young rats [9]. On

the other hand, Bayol et al. [11] found no effect of maternal

undernutrition on numbers of fibers in the semitendinosus

muscle at 21 days postpartum but an increased muscle-cell

proliferation and a trend toward increased satellite-cell

activity.

Satellite cells are responsible for the growth, repair and

maintenance of the skeletal muscle [8]. In response to

environmental activating signals derived from injury,

satellite cells undergo asymmetric cell divisions for the

purpose of self-renewal, giving rise to committed myo-

genic cells, myoblasts, thereby sustaining postnatal muscle

repair and growth [8]. Adhesion molecules, growth factors

and cytokines released by the neighboring cells can also

activate satellite cells [12]. The myogenic process is reg-

ulated by transcription factors, such as Pax3/Pax7, and

members of the family of the myogenic regulatory factors

(MRFs), including MRF4 (Myf6), Myf5, MyoD and

myogenin [12].

Myogenin and MyoD may have important functions in

later development, since they bind directly to the enhancers

and activate transcription of the creatine kinase and myosin

light chain [8]. Several gene products are crucial for the

fusion of mammalian myoblasts, including cell adhesion

molecules (N and M cadherins) and the b1 integrins [13]. It

was recently demonstrated that newly formed myotubes

also secrete IL-4, which interacts with the IL-4 a receptors

(IL-4Ra) present on surrounding myoblasts to promote

their fusion with existing myotubes, thereby increasing

myotube size [14].

Previous studies have reported the relationship between

maternal undernutrition and the expression of genes that

control muscle growth in offspring at weaning [11]. Little

is known about the long-term effects on the satellite-cell

activity in adult rats, and the mechanisms by which

maternal nutrition may influence muscle growth. In the

present study, we evaluated the effects of neonatal under-

nutrition on the morphology of myotubes in culture and the

expression of proteins that regulate myogenesis in rats aged

42, 60 and 90 days.

Materials and methods

Animals and diet

Pregnant female Wistar rats were purchased from Centre

d’elevage Depre (Saint-Doulchard, France). Animals were

handled in accordance with the guidelines and regulations

of the Ethics and Safety Committee of the Compiegne

University of Technology and housed under conditions of

controlled temperature (22 ± 1 C), 12-h light–dark cycle.

The standard animal laboratory food and water were given

ad libitum. At the time of delivery, the litter size and pups’

birth weight were recorded. During the suckling period, the

offspring were kept in groups of six pups, randomly dis-

tributed into two nutritional groups according to their

mothers’ diet: a well-nourished group (control, C) fed by

mothers receiving a 17% protein (casein) diet and a low-

protein group (undernourished, UN), fed by mothers

receiving a 8% protein (casein) diet (Table 1). After

weaning (at the age of 22 days), only male offspring were

used (nine per group) and kept in the collective cage,

receiving standard animal laboratory food (Teklad Global

18% protein rodent diet; Harlen Teklad) until the 60-day-

old ad libitum. Subsequently, offspring were fed by a 14%

protein diet (Teklad Global 14% protein rodent diet; Harlen

Teklad) until the 90th day of life. Body weights were

recorded every 5 days (Mettler Toledo XS4001S, 0.1 g

readability, Inc, Columbus, OH) during lactation and at

42, 60 and 90 days. Body weight gain was calculated

as follows: percentage weight gain = [body weight (g) x

100/birthweight (g)] - 100 [11].

Offspring were anesthetized with Ketamin (45.2 mg/kg)/

Xylazin (6.8 mg/kg) by intramuscular injection at differ-

ent ages (42, 60 and 90 days, n = 6 per age). The muscles

from both legs were removed and immersed in ice-cold 15 mL

phosphate-buffered saline (PBS) containing 0.15 g glucose

Table 1 Composition of the diets (control 17% and low protein 8%)

Ingredients Amount for 1 kg of diet

Low protein Control Casein 79.3 g 179.3 g

Vitamin mixa

10 g 10 g

Mineral mixtureb

35 g 35 g

Cellulose 50 g 50 g

Choline bitartrate 2.5 g 2,5 g

DL-methionine 3.0 g 3,0 g

Soya oil 70 mL 70 mL

Corn starch 750.2 G 650.2 g

a Vitamin mixture contained the following (mg/kg of diet):

retinol,

12; cholecalciferol, 0.125; thiamine, 40; riboflavin, 30; pantothenic

acid, 140; pyridoxine, 20; inositol, 300; cyanocobalamin, 0.1; men-

adione, 80; nicotinic acid, 200; choline, 2,720; folic acid,

10; p-aminobenzoic acid, 100; biotin, 0.6 b Minerals mixture contained the following (mg/kg of diet):

CaHPO4,

17,200; KCI, 4,000; NaCl, 4,000; MgO, 420; MgSO4, 2,000; Fe2O2, 120; FeSO4 7H2O, 200; trace elements, 400 (MnSO4 H2O,

98; CuSO4 5H2O, 20; ZnSO4 7H2O, 80; CoSO4 7H2O, 0.16; KI, 0.32; sufficient starch to bring to 40 g [per kg of diet])

71

Page 74: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

Eur J Nutr

and 1% antibiotic solution (Gibco, InVitrogen Cergy Pon-

toise, France). The animals were killed after the procedures.

Primary culture of rat skeletal muscle cells

All products for cell culture except Matrigel and DNAse

were from Gibco (InVitrogen, Cergy-Pontoise, France).

Primary culture of rat skeletal muscle cells was performed

as previously described [15]. Briefly, the soleus, gastroc-

nemius and quadriceps muscles were dissected, cut into

small pieces and digested with 2% type II collagenase,

0.25% trypsin and 0.1% DNAse (Sigma) for isolation of

myoblasts. Cells were placed into 80-cm2

Petri

dishes (Nunclon

) coated with 2 mL Matrigel

(BD

Biosciences, Le Pont de Claix, France) diluted 1:500 in

DMEM. Cells (1.6 x 106

cells/80-cm2

dishes) were

cultured in DMEM containing 10% fetal bovine serum,

10% horse serum,

4mMol/L L-glutamine and 1% antibiotic solution. After

48 h of culture, a differentiation medium (DM) with 7%

horse serum, 4mMol/L L-glutamine and 1% antibiotic

solution was used and changed every 2 days for a total of

10 days.

Cell number and morphology of the myotubes

in culture

Cell number was colorimetrically evaluated by measuring

intracellular lactate dehydrogenase (LDH) activity. Cells in

culture for 10 days were lysed in serum-free DMEM and

transferred to a 96-well plate. The LDH concentration was

quantified with the CytoTox 96 Non-Radioactive Cyto-

toxicity Assay (Promega Corporation, Madison, WI, USA)

in accordance with the manufacturer’s instructions. The

absorbance (490 nm) of the red formazan produced by

LDH was measured in a microplate reader (Model 680,

Bio-Rad). The absorbance was proportional to the total

number of cells. LDH activity is given as the number of

cells, read off from a standard curve of absorbance plotted

against an increasing number of lysed cells.

The morphology of myotubes in culture for 10 days was

observed using a contrast microscope (Olympus CKX41,

Japan) coupled to a digital camera (Canon A620). Quali-

tative analysis was performed from 5 fields by dish at 100x

magnification.

Expression of myogenic marker proteins

Proteins were extracted with lysis buffer (50 mM HEPES,

150 mM NaCl, 10% glycerol, 1% Tritonx 100, 1 M NaF,

100 mM PMSF, 10 mg/mL aprotinin, 10 mM orthovana-

date). Aliquots of supernatants were used for the mea-

surement of total protein content, as described by Bradford

[16]. Protein lysates from muscle cells cultured for 0, 4, 7

and 10 days were mixed with Laemmli buffer and boiled

for 5 min. Equal amounts of proteins of each sample

(40 µg) were subjected to SDS–PAGE (7.5% or 12% gels)

and transferred to nitrocellulose membranes (BioRad,

Marnes-la-Coquette, France). The nitrocellulose filters

were soaked in blocking solution (PBS containing 0.1%

Tween 20 and 5% non-fat dried milk) at room temperature

for 1 h and subsequently incubated overnight at 4 C with

rabbit anti-Pax7 (Santa Cruz Biotechnology, Tebu-Bio,

Velizy, France), anti-pan-cadherin (Sigma, Saint-Quentin

Fallavier, France), anti-IL-4Ra (Santa Cruz Biotechnology,

Tebu-Bio, Velizy, France) antibodies or a goat anti-b1

integrin antibody (Santa Cruz Biotechnology, Tebu-Bio,

Velizy, France). The membranes were then incubated with

horseradish peroxidase-linked goat anti-rabbit immuno-

globulin G or a peroxidase-linked donkey anti-goat

immunoglobulin G (Jackson ImmunoResearch, Interchim,

Montlucon, France) for 1 h at room temperature. Mem-

branes were incubated for 1 h at room temperature with

mouse monoclonal anti-myogenin antibody (BD Biosci-

ences, Le Pont de Claix, France), followed by a goat anti-

mouse IgG coupled to horseradish peroxidase (Jackson

ImmunoResearch, Interchim, France). Immunoreactivity

was detected by chemiluminescence (ECL and ECL

hyperfilm, GE Healthcare Europe, Saclay, France). The

molecular weights of the immunoreactive bands were

established by comparison with stained standards (BioRad,

Marnes-la-Coquette, France). Western blots for actin and

a-tubulin were used to check gel loading. The ratios of pro-

teins to actin or a-tubulin were determined, and band inten-

sities were quantified using KODAK 1D Image Analysis

Software (Scientific Image System, Rochester, NY, USA).

Concentration of IL-4 in the supernatants of muscle

cells in culture

Interleukin-4 (IL-4) released was measured by ELISA in

the supernatants from cells cultured for 10 days (DuoSet

ELISA Kit, R&D Systems, Minneapolis, MN, USA). The

IL-4 concentration was normalized to 105

cells using the

LDH dosage.

Statistical analysis

The data are presented as mean ± SEM. For body weight

analysis, two-way repeated measures analysis of variance

ANOVA, followed by Bonferroni’s post hoc test, was used.

For LDH and IL-4 levels in the supernatants of cultured

cells and immunoblots quantitation groups were compared

using Student’s t-test. Results were considered statistically

significant for p < 0.05 (NS non-significant, *p < 0.05).

The GraphPad Prism 5 software (Graph Pad Software, Inc.,

San Diego, CA, USA) was used.

72

Page 75: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

Eur J Nutr

Results

The birth weight of neonates did not differ when groups

were compared (C = 5.9 ± 0.4 and UN = 5.8 ± 0.3).

During lactation, offspring from mothers fed a low-protein

diet showed a lower body weight than controls at 10, 15

and 21 days. The pups from undernourished mothers con-

tinued to exhibit a lower body weight than the control

group throughout the experiment: 42 days (C = 208.6 ±

4.3; UN = 183.3 ± 4.3), 60 days (C = 308.7 ± 6.6;

UN = 246.1 ± 5.6) and 90 days (C = 378.2 ± 7.7;

UN = 313.1 ± 4.3; Fig. 1).

Between days 4 and 7 in differentiation medium (DM),

both myoblasts from controls and undernourished rats

began to form myotubes into the standardized mode.

Examination of cultures under the phase contrast micro-

scope suggested that on the 10th day of culture, myotubes

from control rats are large and numerous, while the number

and the size of myotubes were low in undernourished rats

(Fig. 2a). LDH measurement showed a lower cell number

in the UN group when compared with cells from the

C group (C group 21.8 ± 0.19 x 103, UN group 18.9 ±

0.2 x 103; Fig. 2b).

Myotubes from UN 90-day-old offspring were less

ramified than those from their controls (Fig. 3).

The expression of Pax7 protein in lysates of cells taken

from 42-, 60- and 90-day-old pups and cultured for 0 and

4 days was studied by western blotting. The expression

remained roughly constant in cells from offspring aged

between 42 and 90 days at all culture times (Fig. 4). There

was no difference in the Pax7 content of cells from UN and

C pups. Similarly, the cadherin (N and M) content of cells

cultured for 4 days was assayed using a pan-cadherin

antibody. The amounts in 42-, 60- and 90-day-old pups

Fig. 1 Body weight of pups from mothers fed a low-protein

diet (undernutrition, casein 8%) or a control diet (casein:17%)

during growth. Analysis was performed every 5 days during lactation

(n = 9 in each group) and at 42, 60 and 90 days (n = 3 in each

group). The values are presented as means + SEM. p < 0.05

compared with control group using two-way ANOVA and

Bonferroni’s post hoc test

appeared to be similar. There was no difference in the

expression of cadherin in cells from UN and C pups

(Fig. 4).

The expression of the b1 integrin subunit in cells cul-

tured for 4 or 7 days did not vary with the age of the pups

providing the muscle samples. The content of the b1

integrin subunit in muscle cultures of UN and C offspring

was similar. Cells from 42-, 60- and 90-day-old pups cul-

tured for 7 days showed similar contents of IL-4Ra, but

IL-4Ra was not detected in cells from 90-day-old off-

spring. The expression of IL-4Ra protein in cells from UN

and C offspring cultured for 7 days was the same.

Muscle cells cultured for 10 days all showed the same

content of myogenin protein, regardless of the age of the

offspring providing the muscle. There was also no differ-

ence in the expression of myogenin in cells cultured for

10 days from 60-day-old UN and C offspring.

The concentration of IL-4 in the supernatants of muscle

cells from 60-day-old offspring cultured for 10 days, nor-

malized using LDH activity, showed no significant differ-

ences between UN and C offspring.

Discussion

Perinatal undernutrition has been one of the most thor-

oughly studied programming factors acting in the genesis

of metabolic disease in adult life [17]. The mechanisms

for the induction of programming appear to include the

following: certain clones of cells may be altered by envi-

ronmental adversity during development; nutrient envi-

ronment may permanently alter gene expression; and early

nutrition may permanently reduce cell numbers in the

organs and tissues [18]. In our study, casein (a highly

phosphorylated protein) was chosen because it is an

important component of breast milk. Casein absorption

induces an increase in the concentrations of essential

(threonine, valine, methionine, isoleucine, leucine, phen-

ylalanine and lysine) and non-essential amino acids (his-

tidine and arginine) in the neonatal plasma [19]. Moreover,

it has been shown that dietary casein intake is the key

factor in the stimulation of ribosome aggregation in liver

that reflects the protein biological value [19]. Thus, casein

has been widely used in previous studies as an inducer of

perinatal undernutrition.

In the present study, we first examined the effects of a

low-protein diet during lactation on the body weight of the

offspring. We then studied the morphology of myotubes

and the expression of some key proteins known to regulate

myogenesis, from muscle-cell cultures of young and adult

offspring. The results indicate that offspring from mothers

fed a low-protein diet showed a lower body weight at adult

age (60 and 90 days) than their controls. Our results are in

73

Page 76: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

Eur J Nutr

Fig. 2 Morphological

observation of muscle cells in

culture (a) and numbers of

muscle cells/well (0.33 cm2)

(b) after 10 days in culture

(60-day-old offspring). Mothers

were submitted to a control diet

(C1, C2, C3) or a low-protein

diet (UN1, UN2, UN3) during

lactation. a Cells were cultured

in a differentiation medium

(DM) and observed at 10 days.

Phase contrast objective 10x.

Bar 100 µm. b Data were

obtained from LDH activity of

adherent cells. Data are

expressed as mean + SEM

n = 18 in each group.

*p < 0.05 unpaired Student’s

t-test. C control group,

UN undernourished group

agreement with earlier studies using the same experimental

model [11, 20, 21]. Nevertheless, 90-day-old rats were not

evaluated in those studies. Neonatal maternal protein

restriction (8% casein-restricted diet) causes changes in

milk composition and volume of the lactating rats, and it

may be related to less transfer of nutrients to the offspring

and to a long-lasting low body weight [22]. In addition, it

has been demonstrated that reduced body weight induced

by maternal undernutrition is related to the low number of

muscle fibers in offspring [8, 18]. Thus, it can be suggested

that changes in the numbers and/or types of fibers present

in skeletal muscle may contribute to the risk of developing

type 2 diabetes, and/or obesity in later life (developmental

origin of adult disease) [17]. However, little is known

74

Page 77: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

Eur J Nutr

Fig. 3 Morphological analysis

of muscle cells in culture

(90-day-old offspring).

Mothers’ offspring were

submitted to a control diet

(C1, C2, C3) or a low-protein

diet (UN1, UN2, UN3) during

lactation. Cells were cultured in

a differentiation medium (DM)

and analyzed on the 10th day.

Phase contrast objective 10x.

Bar 100 µm

about the molecular mechanisms by which maternal

nutrition influences muscle growth.

In order to test the hypothesis that neonatal undernu-

trition can impair myogenesis, the capacity of muscles

from offspring of different ages (42, 60 and 90 days) to

produce myogenic markers of satellite cells, myoblasts and

myotubes in culture was assessed. Our data demonstrate

that muscle cells from 60-day-old UN offspring cultured

for 10 days grew more slowly than did muscle cells from C

offspring. There were fewer myotubes in samples from

60-day-old UN offspring, and the myotubes from 90-day-old

offspring expanded more slowly than those from their C

counterparts. It has been demonstrated that muscle-fiber

formation and postnatal growth are regulated by insulin-

like growth factor (IGF)-1 [23]. Systemic IGF-1 levels are

low in both mothers and fetuses following maternal

undernutrition, suggesting that impaired myogenesis could

be the result of diminished levels of IGF-1 [24]. After birth,

IGF-1 has been shown to promote muscle-fiber hypertro-

phy by a combination of protein synthesis and activation of

satellite cells [25]. We therefore performed key protein-

expression analyses of satellite cells, myoblasts and myo-

tubes in the offspring.

Pax7 transcription factor and cadherins (especially N

and M cadherins) are involved in initial cell to cell rec-

ognition during myogenesis and play an important role as

regulators of muscle-cell specification and tissue formation

during development [12, 13]. Pax7 is expressed in quies-

cent satellite cells, serving as a marker for their localization

beneath the basal lamina [12]. M-cadherin accumulates

with b-catenin at the areas of contact between fusing

myoblasts and b-catenin colocalizes with actin in pre-fus-

ing myoblasts [13]. Satellite cells contain b-catenin that

remains present in them during activation and proliferation.

75

Page 78: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

Eur J Nutr

Fig. 4 Immunoblots of Pax7

and M–N (pan) cadherins in

muscle cells—from 60-day-old

rats. Muscle cells from control

(C1, C2, C3) and

undernourished offspring

(UN1, UN2, UN3) were

cultured for 4 days. The lysates

were separated by 7.5% SDS

PAGE. Actin was used as

control for gel loading. The

amount of each factor relative

to that of actin is shown below.

NS non-significant

In the present study, we found no difference in the

expression of Pax7 and cadherin proteins in cells from UN

and C offspring, regardless of the age of the donor off-

spring or the time in culture. The expression of those

proteins seems to remain roughly the same in offspring

aged between 42 and 90 days. Most satellite cells

expressing Pax7 up-regulate MyoD and enter into a pro-

liferative state [12, 26]. N and M cadherins play a role in

the initiation of myoblast fusion to form multinuclear

myotubes [27]. Our results show that the initial processes

of proliferation and differentiation in myogenesis were not

affected by neonatal undernutrition.

Skeletal muscle cells are known to produce a wide

variety of integrins. The b1 subunit is produced throughout

myogenesis, and different variants are present in myoblasts

and myotubes [28]. Pure populations of b1-null myoblasts

and satellite cells isolated from b1-null chimeric embryos

and chimeric newborn mice differentiate in vitro and fuse

to form multinucleated myotubes [29]. Other studies have

demonstrated that b1-deficient myoblasts adhere to each

other, but that their plasma membrane breakdown is

defective [30]. The amounts of the b1 integrin protein did

not seem to change with the age of the donor pups, and we

found no differences in its expression between cells from

UN and C pups. Many cell adhesion proteins, including the

integrins and cadherins, have been shown to be important

for myoblast fusion, but how exactly they regulate cell

fusion remains largely unknown. However, the focal

adhesion kinase (FAK) involved in integrin signaling

appears to be a mediator by which integrins regulate

myoblast fusion [31]. IL-4 is not required for fusion

between mononucleated myoblasts, but it is required for

myotube maturation. It may favor myogenic cell migration

and the integrin-modulated interaction of these myoblasts

with newly formed myotubes [14].

The newly formed myotubes recruit myoblasts for

fusion by secreting IL-4, leading to muscle growth. The

transcription factor NFATc2 controls myoblast fusion after

the formation of a myotube and is necessary for further cell

growth [14]. IL-4 has been identified as a molecular signal

that binds to the IL-4Ra subunit on myoblasts to promote

fusion and growth [14]. The IL-4Ra subunit of the IL-4R is

present on both myoblasts and myotubes and is required for

muscle growth. IL-4 controls cell fusion by binding to the

IL-4R of myoblasts rather than myotubes, and signaling via

the IL-4R in myoblasts is required for cell fusion with

nascent myotubes [14]. We believe that the IL-4Ra protein

is absent from the muscles of pups aged over 60 days, and

this was true for both UN and C rats. Our results suggest

that this regulation no longer exists in adult rats (60-day-

old). Cells from 60-day-old UN and C rats in culture for

10 days secrete the same amount of IL-4 into the medium.

This suggests that myotube function is not altered in UN

rats, in spite of the difference observed in their expansion.

Lastly, we analyzed the production of the myogenic

regulatory factor myogenin, which is abundant in the

muscles of newborn pups. It resides in the nucleus and may

function as a sequence-specific DNA-binding factor that

interacts directly with muscle-specific genes during myo-

genesis [12]. The content of myogenin protein in 10-day

muscle-cell cultures was not influenced either by the age of

the donor rats or whether they were UN or C rats.

76

Page 79: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

Eur J Nutr

Conclusion

In conclusion, casein restriction during lactation followed

by the restoration of a normal protein diet at weaning has

no impact on the synthesis of myogenic marker proteins,

and myocyte differentiation occurred normally in the

muscles of offspring aged 42, 60 and 90 days. Neverthe-

less, the number and morphology of myotubes are affected.

Acknowledgments The authors wish to thank CAPES-COFECUB

(grant 584/07) and the National Council for Science and Technology

(CNPq), Brazil, for their financial support.

Conflict of interest The authors declare that they have no conflict

of interest.

References

1. Waterland RA, Jirtle RL (2004) Early nutrition, epigenetic

changes at transposons and imprinted genes, and enhanced sus-

ceptibility to adult chronic diseases. Nutrition 20:63–68

2. Lucas A (2005) Long-term programming effects of early nutri-

tion—implications for the preterm infant. J Perinatol

25(Suppl

2):S2–S6

3. Kind KL, Simonetta G, Clifton PM, Robinson JS, Owens JA

(2002) Effect of maternal feed restriction on blood pressure in the

adult guinea pig. Exp Physiol 87:469–477

4. Ozanne SE, Hales CN (2002) Early programming of glucose-

insulin metabolism. Trends Endocrinol Metab 13:368–373

5. Hales CN, Barker DJ (1992) Type 2 (non-insulin-dependent)

diabetes mellitus: the thrifty phenotype hypothesis. Diabetologia

35:595–601

6. Ravelli GP, Stein ZA, Susser MW (1976) Obesity in young men

after famine exposure in utero and early infancy. N Engl J Med

295:349–353

7. Sawaya AL, Martins PA, Grillo LP, Florencio TT (2004) Long-

term effects of early malnutrition on body weight regulation. Nutr

Rev 62:S127–S133

8. Brameld JM (2004) The influence of undernutrition on

skeletal muscle development. Br J Nutr 91:327–328

9. Mallinson JE, Sculley DV, Craigon J, Plant R, Langley-

Evans SC, Brameld JM (2007) Fetal exposure to a maternal low-

protein diet during mid-gestation results in muscle-specific

effects on fibre type composition in young rats. Br J Nutr

98:292–299

10. Wilson SJ, Ross JJ, Harris AJ (1988) A critical period for

for- mation of secondary myotubes defined by prenatal

undernour- ishment in rats. Development 102:815–821

11. Bayol S, Jones D, Goldspink G, Stickland NC (2004) The

influence of undernutrition during gestation on skeletal muscle

cellularity and on the expression of genes that control

muscle growth. Br J Nutr 91:331–339

12. Perdiguero E, Sousa-Victor P, Ballestar E, Munoz-Canoves

P (2009) Epigenetic regulation of myogenesis.

Epigenetics

4:541–550

13. Wrobel E, Brzoska E, Moraczewski J (2007) M-cadherin

and beta-catenin participate in differentiation of rat satellite cells.

Eur J Cell Biol 86:99–109

14. Horsley V, Jansen KM, Mills ST, Pavlath GK (2003) IL-4 acts as

a myoblast recruitment factor during mammalian muscle growth.

Cell 113:483–494

15. Hirabara SM, Silveira LR, Alberici LC, Leandro CV, Lamb-

ertucci RH, Polimeno GC, Cury Boaventura MF, Procopio J,

Vercesi AE, Curi R (2006) Acute effect of fatty acids on

metabolism and mitochondrial coupling in skeletal muscle. Bio-

chim Biophys Acta 1757:57–66

16. Bradford MM (1976) A rapid and sensitive method for the

quantitation of microgram quantities of protein utilizing the

principle of protein-dye binding. Anal Biochem 72:248–254

17. Barker DJ (2007) The origins of the developmental origins

theory. J Intern Med 261:412–417

18. Sayer AA, Cooper C (2005) Fetal programming of body

com- position and musculoskeletal development. Early Hum

Dev

81:735–744

19. Galibois I, Parent G, Savoie L (1987) Effect of dietary proteins

on time-dependent changes in plasma amino acid levels and on

liver protein synthesis in rats. J Nutr 117:2027–2035

20. Pires-de-Melo IH, Wanderley Dos Reis F, Luz LS, Paz ST, Silva

HJ, Souza SL, Leandro CG (2009) Short- and long-term effects of

a neonatal low-protein diet in rats on the morphology of the

larynx. Nutrition 25:855–860

21. Wilson MR, Hughes SJ (1997) The effect of maternal protein

deficiency during pregnancy and lactation on glucose tolerance

and pancreatic islet function in adult rat offspring. J Endocrinol

154:177–185

22. Passos MC, da Fonte Ramos C, Dutra SC, Mouco T, de Moura

EG (2002) Long-term effects of malnutrition during lactation on

the thyroid function of offspring. Horm Metab Res 34:40–43

23. Powell-Braxton L, Hollingshead P, Warburton C, Dowd M, Pitts-

Meek S, Dalton D, Gillett N, Stewart TA (1993) IGF-I is required

for normal embryonic growth in mice. Genes Dev 7:2609–2617

24. Dwyer CM, Stickland NC, Fletcher JM (1994) The influence of

maternal nutrition on muscle fiber number development in the

porcine fetus and on subsequent postnatal growth. J Anim Sci

72:911–917

25. Barton-Davis ER, Shoturma DI, Sweeney HL (1999) Contribu-

tion of satellite cells to IGF-I induced hypertrophy of

skeletal muscle. Acta Physiol Scand 167:301–305

26. Zammit PS, Relaix F, Nagata Y, Ruiz AP, Collins CA, Partridge

TA, Beauchamp JR (2006) Pax7 and myogenic progression in

skeletal muscle satellite cells. J Cell Sci 119:1824–1832

27. Hollnagel A, Grund C, Franke WW, Arnold HH (2002) The cell

adhesion molecule M-cadherin is not essential for muscle

development and regeneration. Mol Cell Biol 22:4760–4770

28. Bozyczko D, Decker C, Muschler J, Horwitz AF (1989) Integrin

on developing and adult skeletal muscle. Exp Cell Res 183:72–91

29. Crawley S, Farrell EM, Wang W, Gu M, Huang HY, Huynh V,

Hodges BL, Cooper DN, Kaufman SJ (1997) The alpha7beta1

integrin mediates adhesion and migration of skeletal myoblasts

on laminin. Exp Cell Res 235:274–286

30. Schwander M, Leu M, Stumm M, Dorchies OM, Ruegg

UT, Schittny J, Muller U (2003) Beta1 integrins regulate

myoblast fusion and sarcomere assembly. Dev Cell 4:673–685

31. Quach NL, Biressi S, Reichardt LF, Keller C, Rando TA (2009)

Focal adhesion kinase signaling regulates the expression of

caveolin 3 and beta1 integrin, genes essential for normal

myo- blast fusion. Mol Biol Cell 20:3422–3435

77

Page 80: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

78

7. CONCLUSÕES

Os resultados desse estudo permitem concluir que:

A desnutrição neonatal, mesmo seguida de reposição nutricional, modifica a

quantidade de macrófagos alveolares em cultura de ratos jovens e adultos, o que pode

interferir no desenvolvimento dessas células em cultura. Além disso, altera a produção

de proteínas de fusão (IL-4 e IFNγ), sem modificar a expressão de caderinas na

superfície dos macrófagos. Apesar dessas alterações observadas, devido a um provável

mecanismo compensatório existente nos animais desnutridos, pode-se sugerir que a

formação das células gigantes multinucleares mediada por caderinas e IFNγ parece

não ser afetada na vida adulta do animal pela restrição protéica na lactação.

A desnutrição neonatal, mesmo seguida de reposição nutricional, reduz a quantidade

de miotubos em cultura de ratos com 60 dias de vida e altera a morfologia dessas

células em ratos adultos com 90 dias de vida, os quais apresentam miotubos com

menos ramificações. Dessa forma, pode-se sugerir que esse modelo de desnutrição

compromete o desenvolvimento da miogênese. No entanto, a expressão de proteínas-

chaves do processo miogênico permanece inalterada.

Page 81: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

79

8. RECOMENDAÇÕES/PERSPECTIVAS

Perspectivas elaboradas como objetivo para dar continuidade ao estudo:

Avaliar as repercussões tardias da desnutrição numa fase mais precoce do

desenvolvimento, o período gestacional, sobre a fusão de macrófagos e células

musculares esqueléticas.

Estudar o efeito da desnutrição neonatal sobre a contração de miotubos em cultura e a

ação da insulina na formação dessas células in vitro (tese de doutorado da aluna

Simone do Nascimento Fraga).

Utilizar o aleitamento cruzado para estudo das repercussões tardias da desnutrição

neonatal.

Avaliar a influência da atividade física sobre a expressão de proteínas de fusão

macrofágica e miocitária em ratos submetidos à desnutrição precoce.

Realizar co-cultura de macrófagos alveolares com miotubos recém formados e

verificar o efeito da desnutrição precoce no índice de fusão dessas células in vitro.

Page 82: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

80

9. REFERÊNCIAS

ALLENDE, L.M. et al. Immunodeficiency associated with anorexia nervosa is secondary and

improves after refeeding. Immunology, v.94 (4), p.543-551, 1998.

AMERSFOORT, E.S.V.; BERKEL, T.J.C.V.; KUIPER, J. Receptors, Mediators, and

Mechanisms Involved in Bacterial Sepsis and Septic Shock. Clin. Microbiol. Rev., v.16 (3),

p.379-414, 2003.

ANGST, B.D.; MARCOZZI, C.; MAGEE, A.I. The cadherin superfamily: diversity in form

and function. J. Cell Sci., v.114, p.629-641, 2001.

ARABABADI, M.K. et al. Evaluation of relation between IL-4 and IFN-γ polymorphisms and

type 2 diabetes. Iran J. Basic Med. Sci., v.12, p.100-104, 2009.

ARAÚJO, F.R.G. et al. Perialveolar bacterial microbiota and bacteraemia after dental

alveolitis in adult rats that had been subjected to neonatal malnutrition. Br. J. Nutr.

(Epublication ahead of print version), 2011.

BARKER, D.J. Early growth and cardiovascular disease. Arch. Dis. Child, v.80, p.305-307,

1999.

BARKER, D.J. The developmental origins of adult disease. Eur. J. Epidemiol., v.18, p.733-

736, 2003.

BARKER, D.J. The origins of the developmental origins theory. J. Intern. Med., v.261 (5),

p.412-417, 2007.

BARRETO-MEDEIROS, J.M. et al. Malnutrition during brain growth spurt alters the effect

of fluoxetine on aggressive behavior in adult rats. Nutr. Neurosci., v.7, p.49-52, 2004.

BARROS, K.M.F.T. et al. A regional model (Northeastern Brazil) of induced mal-nutrition

delays ontogeny of reflexes and locomotor activity in rats. Nutr. Neurosci., v.9, p.99-104,

2006.

BARTON-DAVIS, E.R.; SHOTURMA, D.I.; SWEENEY, H.L. Contribution of satellite cells

to IGF-I induced hypertrophy of skeletal muscle. Acta Physiol. Scand., v.167 (4), p.301-305,

1999.

BATISTA FILHO, M.; RISSIN, A. A transição nutricional no Brasil: tendências regionais e

temporais. Cad. Saúde Pública, Rio de Janeiro, v.19 (Sup. 1), p.S181-S191, 2003.

BAYOL, S. et al. The influence of undernutrition during gestation on skeletal muscle

cellularity and on the expression of genes that control muscle growth. Br. J. Nutr., v.91,

p.331-339, 2004.

Page 83: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

81

BELPERIO, J.A. et al. The role of cytokines during the pathogenesis of ventilator-associated

and ventilatorinduced lung injury. Semin. Respir. Crit. Care Med., v.27, p.350-364, 2006.

BORBA, J.M.C. et al. Permanent and transitory morphometric changes of NADPH-

diaphorase-containing neurons in the rat visual cortex after early malnutrition. Brain Res.

Bull., v.53 (2), p.193-201, 2000.

BORELLI, P. et al. Protein-energy malnutrition halts hemopoietic progenitor cells in the

G0/G1 cell cycle stage, thereby altering cell production rates. Braz. J. Med. Biol. Res., v.42,

p.523-530, 2009.

BOZYCZKO, D. et al. Integrin on developing and adult skeletal muscle. Exp. Cell Res., v.183

(1), p.72-91, 1989.

BRADFORD, M.M. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram

quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding. Anal Biochem., v.72,

p.248-254, 1976.

BRAMELD, J.M. The influence of undernutrition on skeletal muscle development. Br. J.

Nutr., v. 91 (3), p.327-328, 2004.

BUCK, M.; CHOJKIER, M. Muscle wasting and dedifferentiation induced by oxidative stress

in a murine model of cachexia is prevented by inhibitors of nitric oxide synthesis and

antioxidants. EMBO J., v.15, p.1753–1765, 1996.

BURET, A.G. Pathophysiology of enteric infections with Giardia duodenalius. Parasite., v.15

(3), p.261-265, 2008.

BUTERA WADSWORTH, D.A. Characterization of disintegrins of Viperidae venoms as

selective tools in the detection or inhibition of the function of integrins. 2003. Tese

(Doutorado) - Instituto de Química, Universidade de São Paulo, São Paulo, 2003.

CAVALCANTE, R.B. Alterações nos genes da E-caderina e β-catenina em adenoma

pleomórfico e carcinoma adenóide cístico: estudo molecular e imuno-histoquímico. 2008.

Tese (Doutorado) - Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2008.

CHAN, J. et al. Effects of protein calorie malnutrition on mice infected with BCG. J. Nutr.

Immunol., v.5, p.11-19, 1997.

CHANDRA, R.K. Nutrition and the immune system: an introduction. Am. J. Clin. Nutr., v.66

(2), p.460-463, 1997.

CHANDRA, R.K. Nutrition and the immune system from birth to old age. Eur. J. Clin. Nutr.,

v.3, p.73-76, 2002.

CHARGÉ, S.B.P. Interleukine-4 et fusion des cellules musculaires. M/S., v.19 (12), p.1185-

1187, 2003.

Page 84: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

82

CHARGÉ, S.B.P.; RUDNICKI, M.A. Cellular and molecular regulation of muscle

regeneration. Physiol. Rev., v.84, p.209–238, 2004.

CONRAADS, V. Pro-inflammatory cytokines and their receptors in chronic heart failure: do

they really matter? Acta Cardiol., v.61, p.161–168, 2006.

COSSU, G. et al. Activation of different myogenic pathways: myf-5 is induced by the neural

tube and MyoD by the dorsal ectoderm in mouse paraxial mesoderm. Development., v.122,

p.429-437, 1996.

CRAWLEY, S. et al. The alpha7 beta1 integrin mediates adhesion and migration of skeletal

myoblasts on laminin. Exp. Cell Res., v.235 (1), p.274-286, 1997.

D'ACAMPORA, A.J. et al. Pulmão e Peritônio após Sepse Experimental de Origem

Abdominal em Ratos Wistar. Revista do Colégio Brasileiro de Cirurgiões, v.28 (1), p.276,

2001.

DÂMASO, A. Nutrição e exercício na prevenção de doenças. Rio de Janeiro: MEDSI, 2001.

DE CASTRO, C.M.M.B. et al. Modulation by dexamethasone of phospholipase A2 activities

in endotoxemic guinea pigs. J. Appl. Physiol., v.79, p.1271-1277, 1995.

DE CASTRO, C.M.M.B. et al. LPS bacteriano: um mediador de inflamação. An. Fac. Med.

Univ. Fed. Pernamb., v.42 (2), p.78-83, 1997.

DWYER, C.M.; STICKLAND, N.C.; FLETCHER, J.M. The influence of maternal nutrition

on muscle fiber number development in the porcine fetus and on subsequent postnatal growth.

J. Anim. Sci., v.72 (4), p.911-917, 1994.

FAO. The State of Food and Agriculture 2010-11. Food and Agriculture Organization of the

United Nations, Roma, 2011. Disponível em:<http://www.fao.org/publications/sofa/en/>.

Acesso em: 13 jun. 2011.

FEFERBAUN, R. et al. Gasto energético no recém-nascido e lactente com sepse. Rev. Bras.

Crescimento Desenvolv. Hum., v.19 (1), p.122-133, 2009.

FERNANDEZ-BOYANAPALLI, F. et al. Impaired apoptotic cell clearance in CGD due to

altered macrophage programming is reversed by phosphatidylserine-dependent production of

IL-4. Blood, v. 113, p.2047-2055, 2009.

FERREIRA E SILVA, W.T. et al. Perinatal Malnutrition Programs Sustained Alterations in

Nitric Oxide Released by Activated Macrophages in Response to Fluoxetine in Adult Rats.

Neuroimmunomodulation., v.16, p.219-227, 2009.

Page 85: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

83

FOCK, R.A. et al. Protein-energy malnutrition modifies the production of interleukin-10 in

response to lipopolysaccharide (LPS) in a murine model. J. Nutr. Sci. Vitaminol., v.54, p.371-

377, 2008.

FOSCHINI, R.M.S.A.; RAMALHO, F.S.; BICAS, H.E.A. Myogenic satellite cells. Arq. Bras.

Oftalmol., v.67 (4), p.681-687, 2004.

FRICK, C.G. et al. Chronic Escherichia coli infection induces muscle wasting without

changing acetylcholine receptor numbers. Intensive Care Med., v.34, p.561-567, 2008.

GOLDBERG, A.L. et al. Activation of protein breakdown and prostaglandin E2 production in

rat skeletal muscle in fever is signaled by a macrophage product distinct from interleukin 1 or

other known monokines. J. Clin. Invest., v.81, p.1378-1383, 1988.

GUBERNATIS, H. Progress for Children: a Report Card on Nutrition. UNICEF, 2006.

HALES, C.N.; BARKER, D.J. Type 2 (non-insulin-dependent) diabetes mellitus: the thrifty

phenotype hypothesis. Diabetologia, v.35 (7), p.595-601, 1992.

HALEVY, O. et al. Early posthatch feeding stimulates satellite cell proliferation and skeletal

muscle growth in turkey poults. J. Nutr., v.133, p.1376–1382, 2003.

HASSELGREN, P.O; FISCHER, J.E. Sepsis: Stimulation of Energy-Dependent Protein

Breakdown Resulting in Protein Loss in Skeletal Muscle. World J. Surg., v.22, p.203-208,

1998.

HELMING, L.; GORDON, S. The molecular basis of macrophage fusion. Immunobiol, v.212,

p.785-793, 2008.

HELMING, L.; GORDON, S. Molecular mediators of macrophage fusion. Trends in Cell

Biology, v.19, p.514-522, 2009.

HIRABARA, S.M. et al. Acute effect of fatty acids on metabolism and mitochondrial

coupling in skeletal muscle. Biochim. Biophys. Acta, v.1757 (1), p.57-66, 2006.

HOLLNAGEL, A. et al. The cell adhesion molecule M-cadherin is not essential for muscle

development and regeneration. Mol. Cell Biol., v.22 (13), p.4760-4770, 2002.

HORSLEY, V. et al. IL-4 acts as a myoblast recruitment factor during mammalian muscle

growth. Cell., v.113, p.483-494, 2003.

ISOBE, A; HIRAYAMA, E; KIM, J. Characterization of myogenin expression in myotubes

derived from quail myoblasts transformed with a temperature sensitive mutant of Rous

sarcoma vírus. Cell Struct. Funct., v.23, p.57-67, 1998.

JEPSON, M. et al. Effects of endotoxemia on protein metabolism in skeletal muscle and liver

of fed and fasted rats. Biochem. J., v.235, p.329-336, 1986.

Page 86: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

84

KIND, K.L. et al. Effect of maternal feed restriction on blood pressure in the adult guinea pig.

Exp. Physiol., v.87 (4), p.469-477, 2002.

KLEIN, D.J. et al. Endotoxemia related to cardiopulmonary bypass is associated with

increased risk of infection after cardiac surgery: a prospective observational study. Critical

Care, v.15:R69, 2011.

KRISTINA, N.; HERBERT, L; MATTHIAS, P. Muscle dysfunction in malnutrition. Curr.

Nutr. Food Sci., v.1 (3), p.253-258, 2005.

LANDGRAF, M.A.V. et al. Intrauterine undernutrition in rats interferes with leukocyte

migration, decreasing adhesion molecule expression in leukocytes and endothelial cells. J.

Nutr., v.135, p.1480-1485, 2005.

LI, Y.P. et al. TNF-alpha increases ubiquitin-conjugating activity in skeletal muscle by up-

regulating UbcH2/E220k. FASEB J., v.17, p.1048-1057, 2003.

LUCAS, A. Programming by early nutrition in man. Ciba Found Symp., v.156, p.38-50, 1991.

LUCAS, A. Long-term programming effects of early nutrition -- implications for the preterm

infant. J Perinatol., v.25 (Sup. 2), p.S2-S6, 2005.

MACLAUCHLAN, S. et al. Macrophage fusion, giant cell formation, and the foreign body

response require matrix metalloproteinase 9. J. Leukoc. Biol., v.85, p.617-626, 2009.

MALLINSON, J.E. et al. Fetal exposure to a maternal low-protein diet during mid-gestation

results in muscle-specific effects on fibre type composition in young rats. Br. J. Nutr., v.98

(2), p.292-299, 2007.

MARTINEZ, F.O.; HELMING, L.; GORDON, S. Alternative activation of macrophages: an

immunologic functional perspective, Annu. Rev. Immunol., v.27, p. 451–483, 2009.

MÁRTON, I.J.; KISS, C. Protective and destructive immune reactions in a apical

periodontitis. Oral Microbiol. Imunol., v.15, p.139-150, 2000.

McINNES, A.; RENNICK, D.M. Interleukin 4 induces cultured monocytes/macrophages to

form giant multinucleated cells. J. Exp. Med., v.167, p.598–611, 1988.

McNALLY, A. K.; ANDERSON, J. M. Interleukin-4 induces foreign body giant cells from

human monocytes/macrophages. Differential lymphokine regulation of macrophage fusion

leads to morphological variants of multinucleated giant cells. Am. J. Pathol., v.147, p.1487-

1499, 1995.

McNALLY, A.K.; ANDERSON, J.M. β1 and β2 integrins mediate adhesion during

macrophage fusion and multinucleated foreign body giant formation. Am. J. Pathol., v. 160,

p.621-630, 2002.

Page 87: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

85

MEGE, R.M. et al. N-cadherin and N-CAM in myoblast fusion: compared localisation and

effect of blockade by peptides and antibodies. J. Cell Sci., v.103, p.897-906, 1992.

MELO, J.F. et al. Effect of neonatal malnutrition on cell recruitment and oxidant-antioxidant

activity of macrophages in endotoxemic adult rats. Rev. Nutr., v.21, p. 683-694, 2008.

MELO, J.F. et al. Effect of a neonatal low-protein diet on the morphology of myotubes in

culture and the expression of key proteins that regulate myogenesis in young and adult rats.

Eur. J. Nutr., v.50, p.243-250, 2011.

MENG, F.; LOWELL, C.A. Lipopolysaccharide (LPS)-induced macrophage activation and

signal transduction in the absence of Src-Family Kinases Hck, Fgr, and Lyn. J.Exp.Med.,

v.185 (9), p.1661-1670, 1997.

MEYER, J. et al. Increased organ blood flow in chronic endotoxemia is reversed by nitric

oxide synthase inhibition. J. Appl. Physiol., v.76, p.2785-2793, 1994.

MORENO, J.L. et al. IL-4 promotes the formation of multinucleated giant cells from

macrophage precursors by a STAT6-dependent, homotypic mechanism: contribution of E-

cadherin. J. Leukoc. Biol., v.82, p.1542–1553, 2007.

MUSCARITOLI, M. et al. Prevention and treatment of cancer cachexia: new insights into an

old problem. Eur. J. Cancer, v.42, p.31-41, 2006.

OZANNE, S.E.; HALES, C.N. Early programming of glucose-insulin metabolism. Trends

Endocrinol Metab., v.13 (9), p.368-373, 2002.

PASSOS, M.C.; RAMOS, C.F.; MOURA, E.G. Short and long term effects of malnutrition in

rats during lactation on the body weight of offsprings. Nutr. Res., v.20, p.1603-1612, 2000.

PASSOS, M.C. et al. Long-term effects of malnutrition during lactation on the thyroid

function of offspring. Horm. Metab. Res., v.34 (1), p.40-43, 2002.

PAVLATH, G.K.; HORSLEY, V. Cell fusion in skeletal muscle--central role of NFATC2 in

regulating muscle cell size. Cell Cycle, v.2, p.420-423, 2003.

PERDIGUERO, E. et al. Epigenetic regulation of myogenesis. Epigenetics, v.4 (8), p.541-

550, 2009.

PIRES-DE-MELO, I.H. et al. Short- and long-term effects of a neonatal low-protein diet in

rats on the morphology of the larynx. Nutrition, v.25 (7-8), p.855-860, 2009.

POWELL-BRAXTON, L. et al. IGF-I is required for normal embryonic growth in mice.

Genes Dev 7(12B):2609-2617, 1993.

Page 88: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

86

QUACH, N.L. et al. Focal adhesion kinase signaling regulates the expression of caveolin 3

and beta1 integrin, genes essential for normal myoblast fusion. Mol. Biol. Cell., v.20 (14),

p.3422-3435, 2009.

RAVELLI, G.P.; STEIN, Z.A.; SUSSER, M.W. Obesity in young men after famine exposure

in utero and early infancy. N. Engl. J. Med., v.295 (7), p.349-353, 1976.

REEVES, P.G.; IELSEN, F.H.; FAHEY, G.C. AIN-93 purified diets for laboratory rodents:

final report of the American Institute of Nutrition Ad Hoc writing Committee on the

reformulation of the AIN-76 A Rodent diet. J. Nutr., v.123, p.1939-1951, 1993.

RODRÍGUEZ, L. et al. Assessment by flow cytometry of cytokine production in

malnourished children. Clin. Diagn. Lab. Immunol., v.12, p.502-507, 2005.

RUFF, R.; SECRIST, D. Inhibitors of prostaglandin synthesis or cathepsin D prevent muscle

wasting due to sepsis in the rat. J. Clin. Invest., v.73, p.1483-1486, 1984.

RUFINO, R.; SILVA, J.R.L. Bases celulares e bioquímicas da doença pulmonar obstrutiva

crônica. J.Bras.Pneumol., v.32 (3), p.241-248, 2006.

SAWAYA, A.L. et al. Obesity and malnutrition in a Shantytown population in the city of Sao

Paulo, Brazil. Obes. Res., v.3, p.S107-115, 1995.

SAWAYA, A.L. et al. Long-term effects of early malnutrition on body weight regulation.

Nutrition reviews, v.62 (7 Pt 2), p.S127-133, 2004.

SAYER, A.A.; COOPER, C. Fetal programming of body composition and musculoskeletal

development. Early Hum. Dev., v.81 (9), p.735-744, 2005.

SCHWANDER, M. et al. Beta1 integrins regulate myoblast fusion and sarcomere assembly.

Dev. Cell, v.4, p.673-685, 2003.

SERAFIM, T.D. et al. Immune response to Leishmania (Leishmania) chagasi infection is

reduced in malnourished BALB/c mice. Mem. Inst. Oswaldo Cruz, v.105, p.811-817, 2010.

SUNIL, V.R. et al. Activation of adherent vascular neutrophils in the lung during acute

endotoxemia. Respir. Res., v.3 (1), p.3-21, 2002.

SUPINSKI, G.S; CALLAHAN, L.A. Free radical-mediated skeletal muscle dysfunction in

inflammatory conditions. J. Appl. Physiol., v.102, p.2056-2063, 2007.

TE PAS, M.F. et al. Influences of myogenin genotypes on birth weight, growth rate, carcass

weight, backfat thickness, and lean weight of pigs. J. Anim. Sci., v.77, p.2352-2356, 1999.

VIGNERY, A. Macrophage fusion: the making of osteoclasts and giant cells. JEM, v. 202,

p.337-340, 2005.

Page 89: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

87

VILLARROEL, M.V. et al. Citocinas TH2 (IL4 e IL10) en el niño desnutrido. Arch. Venez.

Puer. Ped., v.71, p.42-47, 2008.

WANG, C.Z. et al. Pulmonary inflammatory cell response to sustained endotoxin

administration. J. Appl. Physiol., v.76 (2), p.516-522, 1994.

WATERLAND, R.A.; JIRTLE, R.L. Early nutrition, epigenetic changes at transposons and

imprinted genes, and enhanced susceptibility to adult chronic diseases. Nutrition, v.20 (1),

p.63-68, 2004.

WEINMAN, A.R. et al. Assessment of vitamin A nutritional status in newborn preterm

infants. Nutrition, v.23, p.454-460, 2007.

WEINSTEIN, S.L. et al. Phosphatidylinositol 3-kinase and mTOR mediate

lipopolysaccharide-stimulated nitric oxide production in macrophages via interferon-b. J.

Leukoc. Biol., v.67, p.405-414, 2000.

WHEELOCK, M.J.; JOHNSON, K.R. Cadherins as modulators of cellular phenotype. Annu

Rev. Cell Dev. Biol., v.19, p.207-235, 2003.

WILSON, S.J.; ROSS, J.J.; HARRIS, A.J. A critical period for formation of secondary

myotubes defined by prenatal undernourishment in rats. Development, v.102, p.815-821,

1988.

WRÓBEL, E.; BRZÓSKA, E.; MORACZEWSKI, J. M-cadherin and beta-catenin participate

in differentiation of rat satellite cells. Eur. J. Cell Biol., v.86, p.99-109, 2007.

YOUNG, H.A.; HARDY, K.J. Role of interferon-γ in immune cell regulation. J. Leukoc.

Biol., v.58, p.373-381, 1995.

ZAMMIT, P.S. et al. Pax7 and myogenic progression in skeletal muscle satellite cells. J. Cell

Sci., v.119 (Pt 9), p.1824-1832, 2006.

Page 90: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

88

ANEXOS

Anexo A. Aprovação do Comitê de Ética em Experimentação Animal da UFPE

Page 91: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

89

Anexo B. Documentação do Artigo 1

De: [email protected]

Enviada: sexta-feira, 3 de fevereiro de 2012 00:34:05

Para: [email protected]

Dear Mrs. MELO,

On 2nd Feb 2012, we received your manuscript entitled "Long-term effects of a neonatal low-

protein diet in rats on the number of macrophages in culture and the expression/production of

fusion proteins" by Juliana Melo, Thacianna Costa, Tamara Lima, Maria Chaves, Muriel

Vayssade, Marie-Danielle Nagel, and Célia Castro.

The manuscript has been assigned the Paper number: BJN-2012-018000.

If we have any queries regarding your submission we will contact you within the next few

days.

Sincerely,

Claire Goodstein

Publications Office

British Journal of Nutrition

The Nutrition Society, 10 Cambridge Court, 210 Shepherds Bush Road, London W6 7NJ, UK

Tel: +44 (0)20 7371 6225

Fax: +44 (0)20 7602 1756

E-mail: [email protected]

Page 92: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

90

Anexo C. Documentação do Artigo 2

Date: 30-08-2010

To: "Juliana Melo" [email protected]

From: "Gerhard Rechkemmer" [email protected]

Subject:

EJN: Your manuscript entitled Effect of a neonatal low-protein diet on the

morphology of myotubes in culture and the expression of key proteins that regulate

myogenesis in young and adult rats

Ref.: Ms. No. EJN-D-10-00050R1

Effect of a neonatal low-protein diet on the morphology of myotubes in culture and the

expression of key proteins that regulate myogenesis in young and adult rats

European Journal of Nutrition

Dear Mrs Melo,

I am pleased to tell you that your work has now been accepted for publication in European

Journal of Nutrition.

It was accepted on 30-08-2010.

Thank you for submitting your work to this journal.

With kind regards

Gerhard Rechkemmer

Editor-in-Chief

European Journal of Nutrition

Page 93: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

91

Resumos da tese publicados em congressos:

Effect of a neonatal low-protein diet on the cell number and morphology of myotubes

in adult rats In: XV Meeting of the Brazilian Society for Cell Biology, 2010, São

Paulo-SP.

Expressão de Pax7 e miogenina por células satélites musculares e miotubos de ratos

jovens e adultos submetidos à desnutrição neonatal In: V Congresso Brasileiro de

Células-Tronco e Terapia Celular, 2010, Gramado-RS.

Cell number quantification and IL-4 production of macrophages in young and adult

rats submitted to neonatal malnutrition In: XXVI Reunião Anual da Federação de

Sociedades de Biologia Experimental –FESBE, 2011, Rio de Janeiro-RJ.

IL-4Rα/IL-4 in myoblasts and myotubes of young and adult rats submitted to neonatal

malnutrition In: VI Congresso Brasileiro de Células-Tronco e Terapia Celular, 2011,

Salvador-BA.

Page 94: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

92

Page 95: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

93

Page 96: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

94

Page 97: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

95

Page 98: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

96

Page 99: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

97

Page 100: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

98

Page 101: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

99

Page 102: MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES … apresentada por Juliana Félix de Melo MOLÉCULAS DE FUSÃO E FATORES TRANSCRICIONAIS EM MACRÓFAGOS E CÉLULAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS DE RATOS:

100